标量场梯度中形变极性活性物质

具有局部极性或向列序的活性物质会受到著名的 Simha-Ramaswamy 不稳定性影响。迄今为止尚不清楚,尽管存在这种不稳定性,生物组织如何在动物形态发生过程中经历稳健的活性各向异性形变。在此我们表明,已知可控制细胞间大规模协调的蛋白浓度梯度(例如形态发生素梯度)能够稳定此类形变。为此,我们研究了一个活性极性物质的水动力学模型。为考虑蛋白梯度的影响,极性场与由边界提供的标量场梯度耦合,该标量场也随物质流动而对流输运。聚焦于大系统尺寸极限,我们特别表明:(i) 对于标量场梯度与活性应力之间有效拉伸型耦合(即梯度-拉伸型耦合),系统可以稳定;而对于梯度-收缩型耦合,系统总是不稳定的。有趣的是,生物文献中存在许多梯度-拉伸型的系统,而我们未能找到任何明确为梯度-收缩型的系统。(ii) 稳定性受到极性大小控制方式的强烈影响。综上所述,我们的发现若经实验证实,将提出直接根植于活性物质物理的新发育原理。