淡水涡虫中尺寸控制、繁殖与代际记忆的协调

揭示控制通过二分裂繁殖的系统的尺寸、生长和分裂速率的机制，意味着理解其生命周期的基本原理。近期的工作集中在细菌和酵母中分裂速率如何被调控，但这一问题在更复杂的多细胞生物中尚未得到解决。我们获得了一个独特的大规模数据集，记录了两种淡水涡虫——日本涡虫和虎涡虫——的生长与无性繁殖过程，它们通过横向分裂并随后再生头部和尾部碎片形成新的涡虫。我们表明，涡虫繁殖中依赖代际的记忆效应必须被考虑进去，才能准确捕捉实验数据。为此，我们开发了一种新的加性模型，该模型基于涡虫的尺寸、生长和分裂间隔时间混合了多种尺寸控制策略。我们的模型量化了混合动力学中各策略的比例，揭示了这两种涡虫能够协调利用不同策略进行尺寸控制的能力。此外，我们发现两种涡虫的头部和尾部后代采用不同的机制来监测和触发其繁殖周期。因此，我们发现的策略多样性不仅存在于种间，也存在于种内的头部与尾部之间。与现有的通过拟合多变量分裂率函数来进行尺寸控制的二维模型相比，我们的加性模型具有两大优势：首先，它可以拟合相对较小的数据集，因此可应用于可用数据有限的系统；其次，它能带来新的生物学洞见，因为它显式地展示了每种后代类型的不同尺寸控制策略的贡献。