利用定态信息流证明生物控制系统中的动力学不确定性关系

许多细胞组件以极低的数量存在，单个随机生产和降解事件导致分子丰度出现显著波动。尽管反馈控制在原则上可抑制此类低拷贝数波动，但一般性规则已表明，反馈控制在生物系统中存在根本性的性能约束。在特定情况下，先前工作推测，降低一个组成件的丰度波动需要至少一个具有提高波动性的牺牲型组成件，以适用于任意规模的反应网络。本文基于分子丰度之间互信息率的概率流分解，给出了该命题的精确且普遍的证明。这表明，细胞组件的波动性对细胞控制是必要的，波动性组成件不一定产生细胞“噪声”，而可能是参与从其他细胞组件移除“噪声”的控制分子。