秀丽隐杆线虫中图灵形成与集群涌现的动力学
生物物理
2019-06-25 v1
摘要
许多动物在自然栖息地中表现出集体运动并形成复杂图案以应对环境困难。若干物理与生物因素，如动物运动能力、种群密度与化学信号，在此过程中起重要作用。然而，关于感觉信息如何与所有这些因素相互作用并控制集体响应与图灵形成的动力学，人们所知甚少。在此，我们利用模式生物秀丽隐杆线虫（Caenorhabditis elegans）研究氧感知、图灵形成与活性虫体聚集体中集群涌现之间的直接关系。我们发现，当数千只动物在食物上聚集时，细菌介导的氧水平下降减缓了动物运动并触发了运动诱导的相分离。细菌积累、趋氧性与种群密度这三个耦合因素共同起作用，控制图灵形成的动力学。经由若干中间阶段，聚集体收敛至大尺度集群相并集体穿越细菌草坪。此外，我们的理论模型捕捉了由遗传变异与氧敏感性导致的行为差异。总之，我们的研究提供了诸多物理见解，并为探究神经敏感性、集体动力学与图灵形成之间的复杂关系提供了新平台。
引用
@article{arxiv.1906.10067,
title = {Dynamics of pattern formation and emergence of swarming in C. elegans},
author = {Esin Demir and Y. Ilker Yaman and Askin Kocabas},
journal= {arXiv preprint arXiv:1906.10067},
year = {2019}
}