有效连接度决定生化网络的临界动力学

生命系统在有序与混沌之间的临界动力学区间运行——在此区间内，它们既对扰动具有韧性，又具有足够的灵活性以演化。为刻画此类临界动力学，既有的临界性“结构理论”将自动机网络连接度与节点偏置（开或关）作为调节参数。这种所需参数数量的精简有时会导致对随机生化调控模型与系统生物学生化调控模型动力学区间的不确定预测。我们通过考虑渠化（canalization，即存在冗余以缓冲自动机对输入的响应——一种已知的缓冲性状表达、使其在遗传与环境扰动下保持接近最优状态的机制）推导出一种更精确的临界性理论。这一新的临界性“渠化理论”基于有效连接度的度量。它有助于解决为期望动力学行为精确设计或控制生化调控网络模型的问题。我们的分析表明，有效连接度显著改进了随机自动机网络系综中临界行为的预测。我们还表明，一大批系统生物学模型的平均有效连接度远低于其原始相互作用结构的连接度。这表明，渠化被选择以动态降低并均质化生化网络看似异质的连接度。