主动生物仿胶束的反趋化性群体行为的涌现

资源争夺是自然、生物及人类系统自组织的基本约束，涵盖从城市规划和生态系统发展到细胞内图案形成等多个领域。本文揭示了基于肠康原纤维素膨胀推动的胶束群体动力学的涌现机制，这是一种非平衡过程，其中纤维素从一个端生长、从另一个端缩短。在实验和理论相结合的基础上，我们展示了胶束因肠康原单体的局部竞争而产生对称性破缺、自驱动和群体行为。我们证明，由肠康原膨胀推动的珠子是反趋化性的，并自发生成非对称性肠康原梯度，以触发和维持定向运动。群体行为源于反趋化性和单体竞争的综合作用。群体转变取决于肠康原聚合速率、肠康原单体扩散率以及珠子运动性，其相互作用控制了胶束之间短程吸引相互作用的涌现。我们的发现表明，活应力产生与反应扩散耦合是一种通用机制，可导致当活性代理通过场相互作用重塑其环境时，引发多尺度行为级联。肠康原膨胀提供了一个研究通过场自组织的动力学相的平台，具有潜在的非 reciprocity 和可训练活性物质应用前景。