由非局部平流形成的生物模式系统发育

从肿瘤侵袭到细胞分选和动物领地性，许多生物系统依赖于驱动复杂空间组织的非局部相互作用。带有非局部平流的偏微分方程（PDE）越来越被认为是捕捉此类现象的有力工具。然而，大多数研究集中在一维区域，使得其二维行为在很大程度上未被探索。在此，我们对这些系统在二维区域上形成的模式进行了详细的数值研究。根据底层机制的不同，可以涌现出各种各样的空间模式——包括分离簇、条纹、火山状结构和多边形马赛克——其中许多已在自然系统中被观察到。通过系统地改变模型参数，我们对涌现模式与其底层运动机制之间的联系进行了分类。通过将这些模式与经验观察进行比较，我们展示了这一建模框架如何帮助揭示生命科学中各种情况下的可能自组织机制，从生态学和发育生物学到癌症研究。