纤毛阵列同步的热力学代价

跳动纤毛阵列间的同步是中尺度生物过程中的涌现现象之一。强纤毛间耦合修改单个纤毛的自然跳动频率 $\omega$，产生围绕群体频率 $\omega_m$ 的集体运动。本文通过将纤毛动力学映射到一个通用相位振荡子模型，研究同步纤毛阵列的热力学代价。该模型表明，同步时平均热耗散率可分解为两部分：各纤毛自身自然驱动力的耗散，以及与其他纤毛相互作用产生的耗散，后者在我们的模型框架下可解释为由含时协议的势所产生的耗散。强纤毛间耦合诱导的纤毛跳动动力学的自发相同步总伴随纤毛群体耗散的显著减少，表明生物体整体通过获得时间序而耗费更少能量。然而在单个纤毛层面，满足 $|\omega|< \omega_m$ 的纤毛群体在同步时耗费更多能量。