生物系统中的输入 - 输出关系：测量、信息与 Hill 方程

生物系统针对变化的输入产生输出。输入 - 输出关系往往遵循少数几种规律模式。例如，许多化学过程在输入浓度与输出浓度之间遵循 S 形的 Hill 方程关系。这种 Hill 方程模式与酶动力学的基本 Michaelis-Menten 理论相矛盾。我利用酶动力学预期的 Michaelis-Menten 过程与生物系统中广泛观察到的 Hill 方程模式之间的差异，来探索生物输入 - 输出关系的一般性质。我从可能解释基础化学与生物模式之间差异的各种过程入手。随后，我扩展分析范围，考虑塑造生物输入 - 输出关系的更广泛方面。关键方面包括组件子系统的输入 - 输出处理，以及这些组件如何结合以确定系统的整体输入 - 输出关系。这种聚合结构通常会在潜在的无序之上施加强烈的规律性。聚合通过耗散流经系统组件的信息来建立秩序。信息的耗散可以通过对测量和精度的分析来评估，从而解释为何某些常见的标度模式如此频繁地出现在输入 - 输出关系中。我讨论了聚合、测量和标度如何提供一个理解模式与过程之间关系的框架。由这些更广泛的结构方面所施加的规律性设定了生物学中变化的轮廓。因此，生物设计也倾向于遵循这些轮廓。自然选择可能主要作用于在这些广泛约束内调节系统属性。