自由体积理论解释形态发生中非汇合组织的黏度反常行为

近期一项关于斑马鱼囊胚形态发生的实验表明，非汇合胚胎组织的黏度 (${\eta}$) 在达到临界细胞堆积分数 (${\phi}S$) 前急剧增长。在 ${\phi}S$ 之前 ${\eta}$ 的上升类似于若干玻璃形成材料中的行为，这意味着细胞动力学迟缓或呈玻璃态。令人惊讶的是，在 ${\phi}S$ 之上 ${\eta}$ 保持恒定。为确定 ${\eta}$ 对 ${\phi}$ 这种反常依赖关系的机制，我们使用基于智能体的致密非汇合二维组织模型进行了大量模拟。我们表明，细胞尺寸的 polydispersity（多分散性）以及细胞发生变形的倾向，导致在临界堆积分数之外每个细胞可用自由面积的饱和。自由空间的饱和不仅解释了 ${\phi}S$ 之上黏度的平台区，还给出了平衡几何堆积与弛豫动力学急剧变化之间的关系。