反应-扩散系统的解景观揭示了图案形成的非线性机制和空间鲁棒性
生物物理
2024-08-20 v1 斑图形成与孤子
摘要
在均匀系统中自发形成空间图案在自然界中普遍存在。尽管图灵证明了当均匀态变得线性不稳定时，反应-扩散（RD）系统中可以出现空间图案，但图灵机制是否是图案形成的唯一途径仍不清楚。在此，我们开发了一种高效算法，系统地绘制解景观以找到所有稳态解。通过将我们的方法应用于通用RD模型，我们发现稳定的空间图案可以在图灵不稳定性发生之前通过鞍结分岔出现。此外，通过使用基于大偏差理论的泛函空间中的广义作用量，我们的方法被扩展为评估空间图案对噪声的稳定性。将这种通用方法应用于一个三物种RD模型，我们表明，尽管图灵图案的形成只需要两种化学物质，但第三种物质对于在小型生化系统中稳定图案以抵抗强内在噪声至关重要。
引用
@article{arxiv.2408.10095,
title = {Solution landscape of reaction-diffusion systems reveals a nonlinear mechanism and spatial robustness of pattern formation},
author = {Shuonan Wu and Bing Yu and Yuhai Tu and Lei Zhang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2408.10095},
year = {2024}
}