用于同步的利他资源共享机制：能量-速度-精度权衡

一组活性个体之间的同步在自然界中普遍存在。虽然基于由 Kuramoto 模型描述的个体间直接相互作用的同步已被充分理解，但另一种基于共享有限资源的个体间间接相互作用的通用机制却鲜为人知。在此，我们提出了一个用于利他资源共享 (ARS) 机制的最小热力学一致模型，其中资源是个体推进所必需的，但更先进的个体获取资源的能力较低。我们表明，虽然 ARS 机制中的差异化能力提供了导致同步的负反馈，但它也破坏了细致平衡，因此除了驱动个体的成本外，还需要额外的能量耗散。通过解析求解该模型，我们的研究揭示了总能量耗散率与系统的两个关键性能指标（平均速度和同步精度）之间的一般权衡关系。对于固定的耗散率，存在一个由资源稀缺性所跨越的明显的速度-精度 Pareto 前沿：资源越稀缺导致速度越慢但同步精度越高。增加能量耗散通过将速度-精度 Pareto 前沿向外推来缓解这种权衡。还讨论了我们的工作与真实生物系统（如蓝藻生物钟中的 KaiABC 系统）之间的联系，以及基于热力学不确定性关系的其他理论结果。