全局结构对细胞器网络扩散探索的影响

我们研究平面网络上的扩散搜索，其动机源于细胞生物学中含有搜索反应伙伴和结合位点分子的管状细胞器网络。利用空间网络上扩散平均首达时间的精确计算来刻画典型搜索时间随网络连接性的变化。我们发现，全局结构性质——总边长和环的数量——足以在很大程度上决定多种合成平面网络以及从活细胞提取的细胞器形态的网络探索时间。对于晶格上的合成网络，我们通过与渗流理论相联系预测搜索时间对这些全局结构参数的依赖关系，从而在不规则现实网络与更简单的物理模型之间架起桥梁。搜索时间对全局网络结构性质的依赖表明，可设计网络架构以实现高效搜索，而无需控制连接的精确排布。具体而言，增加环的数量可显著缩短搜索时间，这指向一种在细胞器网络结构内调节反应速率的潜在物理机制。