类临界集体态导致盘基网柄菌聚集中的长程细胞通讯

从单细胞到多细胞行为的转变在早期发育中十分重要，却鲜有研究。已知社会性阿米巴盘基网柄菌（Dictyostelium discoideum）在饥饿诱导下聚集成多细胞蛞蝓，是由单细胞朝环磷酸腺苷（cAMP）发射脉冲的趋化作用所致。然而，瞬态短程化学梯度究竟如何导致宏观尺度上的相干集体运动？此处，我们采用经定量显微镜验证的多尺度模型，描述从单细胞趋化与兴奋性到数千细胞聚集的广泛行为。为更好理解长程细胞间通讯乃至聚集的机制，我们分析细胞间关联，给出聚集起始阶段自组织（而非追随先导细胞）的证据。令人惊讶的是，细胞集体尽管尺寸有限，却展现出物理系统相变中已知的临界性特征。在我们的模拟中，于敏感的临界点附近施加外源 cAMP 扰动，可引导细胞进入早期聚集并朝向特定位置，但一旦聚集中心被选定则不再可行。