结构化细胞群体中振荡的双稳态涌现
细胞行为
2018-03-06 v1
摘要
近期研究表明，枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）的生物膜群落通过电化学信号介导表现出集体生长速率振荡，以应对营养匮乏。这些振荡在菌落后备足够大的细胞数量后涌现。然而，振荡的幅度及其有效性是随时间逐渐增强，还是能以非零幅度瞬时涌现，仍不清楚。本文通过结合基于微流控的延时显微镜实验与以时滞微分方程模型形式给出的系统最小理论描述来解决此问题。解析与数值方法揭示，振荡通过亚临界 Hopf 分岔产生，从而实现瞬时高幅振荡。因此，该模型预测了一个双稳态区间，其中振荡与非振荡吸引子在相空间中共存。我们通过实验验证了这一预测：只要生物膜尺寸处于适当范围内，扰动培养基条件即可触发振荡。该模型还预测振荡起始的最小尺寸随胁迫减小，这一事实我们也通过实验证实。综上，我们的结果表明细胞群体中的集体振荡可通过不连续相变以非零幅度突然涌现。
引用
@article{arxiv.1803.01350,
title = {Bistable emergence of oscillations in structured cell populations},
author = {Rosa Martinez-Corral and Jintao Liu and Gurol Suel and Jordi Garcia-Ojalvo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.01350},
year = {2018}
}