Skip to main content
CenXiv.org
此网站处于试运行阶段,支持我们!
我们衷心感谢所有贡献者的支持。
贡献
赞助
cenxiv logo > physics > arXiv:2504.20418v2

帮助 | 高级搜索

物理学 > 生物物理

arXiv:2504.20418v2 (physics)
[提交于 2025年4月29日 (v1) ,最后修订 2025年7月14日 (此版本, v2)]

标题: 基于能量景观的理论框架,用于理解动态组分相互作用下生命系统功能的出现

标题: An energy landscape-based theoretical framework for understanding the emergence of functions in a living system under the dynamical component interaction

Authors:Ryunosuke Suzuki, Taiji Adachi
摘要: 在由相互作用组分(如分子、细胞和组织)组成的生物系统中,每个组分通常会根据与周围组分的相互作用自适应地改变其内部状态。 例如,单独的组织在受到机械相互作用的影响时,表现出组件级别的自适应行为,如生长和重塑,从而产生多组织系统的功能。 随着组分的自适应行为,它们的相互作用表现出动态变化,这些变化强烈影响系统功能的出现。 为了理解由于组分级别的自适应行为导致的系统功能如何出现,本研究提出了一种理论框架,该框架对由于单个组分的自适应行为引起的组分之间相互作用的动力学进行了形式化。 为了对自适应内部状态的变化进行建模,我们为每个组分分配了一个能量景观及其相关的能量速率景观,从而得到了自适应行为的广义梯度流模型。 然后,我们通过制定由于单个组分的自适应行为导致的每个组分环境状态的时间变化,来表示相互作用的动力学。 通过使用在形态变化下机械相互作用的简化组织模型进行案例研究,我们的理论框架表明,由于单个组织形态变化而产生的施加力的时间变化决定了系统功能的出现。 这些发现表明,基于能量和能量速率景观的时间变化来表达相互作用动力学,为理解系统功能如何从组分级别的自适应行为中出现提供了一个强有力的理论框架。
摘要: In a living system composed of interacting components such as molecules, cells, and tissues, each component often adaptively changes its internal states in response to interactions with its surrounding components. For example, individual tissues exhibit component-level adaptive behavior, such as growth and remodeling, in response to their mechanical interactions, resulting in the emergence of functions of a multi-tissue system. Along with the adaptive behavior of the components, their interactions exhibit dynamical changes, which strongly influence the emergence of system functions. To understand how the emergence of system functions occurs from such dynamical interactions due to component-level adaptive behavior, this study proposes a theoretical framework that formulates the dynamics of interactions among components due to the adaptive behavior of individual components. For modeling the adaptive internal state changes, we assign an energy landscape and its associated energy rate landscape for each component, leading to the generalized gradient flow model of adaptive behavior. Then, we represent interaction dynamics based on temporal changes in these energy and energy rate landscapes by formulating temporal changes in the environmental states of each component due to the adaptive behavior of individual components. Through case studies using simplified models of mechanically interacting tissues under morphological changes, our theoretical framework demonstrates that temporal changes in applied forces due to morphological changes of individual tissues determine the emergence of system functions. These findings highlight that expressing interaction dynamics based on temporal changes in energy and energy rate landscapes offers a powerful theoretical framework for understanding how system functions emerge from component-level adaptive behavior.
评论: 37页,6图
主题: 生物物理 (physics.bio-ph) ; 适应性与自组织系统 (nlin.AO)
引用方式: arXiv:2504.20418 [physics.bio-ph]
  (或者 arXiv:2504.20418v2 [physics.bio-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.20418
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Ryunosuke Suzuki [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 4 月 29 日 04:30:35 UTC (1,176 KB)
[v2] 星期一, 2025 年 7 月 14 日 04:43:26 UTC (8,285 KB)
全文链接:

获取论文:

    查看标题为《》的 PDF
  • 查看中文 PDF
  • 查看 PDF
  • HTML(实验性)
  • TeX 源代码
  • 其他格式
查看许可
当前浏览上下文:
physics.bio-ph
< 上一篇   |   下一篇 >
新的 | 最近的 | 2025-04
切换浏览方式为:
nlin
nlin.AO
physics

参考文献与引用

  • NASA ADS
  • 谷歌学术搜索
  • 语义学者
a 导出 BibTeX 引用 加载中...

BibTeX 格式的引用

×
数据由提供:

收藏

BibSonomy logo Reddit logo

文献和引用工具

文献资源探索 (什么是资源探索?)
连接的论文 (什么是连接的论文?)
Litmaps (什么是 Litmaps?)
scite 智能引用 (什么是智能引用?)

与本文相关的代码,数据和媒体

alphaXiv (什么是 alphaXiv?)
CatalyzeX 代码查找器 (什么是 CatalyzeX?)
DagsHub (什么是 DagsHub?)
Gotit.pub (什么是 GotitPub?)
Hugging Face (什么是 Huggingface?)
带有代码的论文 (什么是带有代码的论文?)
ScienceCast (什么是 ScienceCast?)

演示

复制 (什么是复制?)
Hugging Face Spaces (什么是 Spaces?)
TXYZ.AI (什么是 TXYZ.AI?)

推荐器和搜索工具

影响之花 (什么是影响之花?)
核心推荐器 (什么是核心?)
IArxiv 推荐器 (什么是 IArxiv?)
  • 作者
  • 地点
  • 机构
  • 主题

arXivLabs:与社区合作伙伴的实验项目

arXivLabs 是一个框架,允许合作伙伴直接在我们的网站上开发和分享新的 arXiv 特性。

与 arXivLabs 合作的个人和组织都接受了我们的价值观,即开放、社区、卓越和用户数据隐私。arXiv 承诺这些价值观,并且只与遵守这些价值观的合作伙伴合作。

有一个为 arXiv 社区增加价值的项目想法吗? 了解更多关于 arXivLabs 的信息.

这篇论文的哪些作者是支持者? | 禁用 MathJax (什么是 MathJax?)
  • 关于
  • 帮助
  • contact arXivClick here to contact arXiv 联系
  • 订阅 arXiv 邮件列表点击这里订阅 订阅
  • 版权
  • 隐私政策
  • 网络无障碍帮助
  • arXiv 运营状态
    通过...获取状态通知 email 或者 slack

京ICP备2025123034号