内部应力驱动增殖细菌网络中的类铁磁序

增殖是生命的定义性特征。通过生长、分裂和死亡，生命系统消耗能量并注入质量，打破守恒定律，驱动从生物膜形成到胚胎发育的集体现象。然而，尽管活性物质物理学推进了我们对自驱动主体的理解，增殖系统的定量框架仍在发展中，且大多数工作聚焦于简化设置。在这里，我们研究大肠杆菌在单文件微通道网络中生长，作为结构化环境的最小模型。对自由体积的竞争驱动了相干生长模式的自发涌现，这些模式跨代持续，但在通道连接超过出生时典型细胞尺寸时消失。尽管动力学具有强烈的非平衡特征，观察到的现象学可以通过有效平衡描述来定量捕捉，其中每个节点的流态由具有铁磁相互作用的自旋变量表示。生长弹性细胞的模拟表明，这种耦合源于网络节点处因动力学约束而积累的内部应力。我们的结果揭示了增殖活性物质与平衡态统计力学之间令人惊讶的对应关系，揭示了开放的基本问题，并为描述真实世界复杂环境中的生长现象提供了第一步。