半柔性细丝在二维和三维屈曲中压缩诱导的连续相变

生物分子对其周围环境施加力或抵抗环境压缩的能力在多种生物学相关情境中至关重要。正如数世纪以来所理解的，细杆只能被压缩到一定程度便会屈曲，采取一种本质上弯曲的状态，可能无力承受压缩载荷。在低温极限下且对于恒定压缩力，欧拉屈曲理论预测这些细杆会从压缩态突变为弯曲态。在本文中，我们使用平均场理论表明，若半柔性链在有限温度下以固定端到端距离被压缩（允许压缩力波动），它会在临界压缩水平处表现出向屈曲态的连续相变，并且我们确定了链中点横向位置分布函数的定量精确预测以指示该相变。我们发现平均压缩力随细丝伸长的变化是非单调的，这与强屈曲细丝较无力承受外部载荷的观察一致。我们还发现，对于固定伸长（等距）系综，屈曲转变并不与平均力的局部极小值重合（与欧拉屈曲相反）。我们还表明该理论对长度波动高度敏感，且通过考虑这些波动仍可以准确恢复屈曲转变。这些预测可能有助于理解在波动力压缩下的丝状生物分子的行为，这在多种生物学情境中具有相关性。