多车道 ASEP 模型中的双向输运与脉冲态

本文引入一个类 ASEP 输运模型，用于描述粒子在多车道晶格上的双向运动。该模型受启发于沿微管 (MT) 进行的细胞器运动的体内实验，微管由十三条原纤丝组成，粒子由分子马达（动力蛋白和驱动蛋白）推动。在该模型中，细胞器（粒子）可因反向马达之间的“拔河”事件而切换运动方向。同一车道上的粒子碰撞可通过切换至相邻原纤丝（变道）来清除。我们分析了在微管一端（“正端”或尖端）具有无流边界条件的模型的输运特性。我们表明，变道能力会影响输运效率，并且从实验中获得的粒子方向改变速率接近于在活细胞中实现高效马达和细胞器输运的最优值。特别地，我们发现平均尖端尺寸（尖端积累的粒子数）随注入速率呈非线性标度，并存在一个相关的相变，导致以系统周期性填充和清空为特征的脉冲态。