复杂生物系统的机制模型与现象学模型的桥接

生物系统的内在复杂性产生了具有大量参数的复杂机制模型。另一方面，这些系统的集体行为通常可以用相对较少的现象学参数来刻画。我们使用流形边界近似方法（MBAM）作为从复杂机制模型推导简单现象学模型的工具。所得模型并非黑箱，而是仍用微观参数表示。通过这种方式，我们显式地连接了宏观与微观描述，刻画了展现相同集体行为范围的不同系统的等价类，并识别出作为该行为可调控制旋钮的组分组合。我们展示了 EGFR 通路所展现的适应行为的过程。从一个 48 参数机制模型，该系统可有效地由单一适应参数 $\tau$ 描述，该参数刻画了系统初始响应与恢复时间的时间尺度之比，而该参数又可表示为微观反应速率、米氏常数和生化浓度的组合。这种情况与物理学中的建模并无不同，其中微观复杂过程常可被重整化为仅具有少数有效参数的简单现象学模型。所提出的方法还为该行为的非普适特征提供了机制解释。