生化行波可靠信号传导的热力学极限

生化行波在细胞和组织间传递信号，但可靠传播的热力学成本仍不清楚。我们为具有稳定行波的反应-扩散系统开发了一个随机热力学框架，并表明波位置的扩散受到与传播特别相关的耗散的限制。该界限通过将噪声场动力学投影到伴随平动模式上得出，该模式将波位置映射为有效的有偏随机游走。其紧致性由线性化动力学的非自伴部分控制，有限波速和反对称反应动力学通常会产生与等式的偏差。对于FitzHugh-Nagumo模型中的可激发触发波，我们表明慢抑制剂主导传播成本，导致波速、抑制剂幅度和耗散之间的权衡。我们在微观Belousov-Zhabotinsky反应-扩散系统的随机模拟中测试了这些预测，并在非洲爪蟾卵提取物中的有丝分裂触发波实验中发现了一致的迹象。同样的关系进一步对波列的可靠信号传导速率施加了湮灭限制的界限。