广泛存在的准稳态假设在生物相互作用建模中误characterizes系统转变
定量方法
2026-05-28 v1 混沌动力学
种群与进化
亚细胞过程
摘要
从分子、细胞到生态系统，生物过程的建模通常依靠快速组分在每个时刻立即达到平衡的假设（准稳态），而仅由慢速组分主导相关系统动力学。这种准稳态近似（QSSA）简化了建模，但丢弃了对每个准稳态松弛过程的影响。准稳态假设的适用性在转变点附近尚不清楚，这是系统改变为不同质态的特定条件。在此背景下，我们本文推导了生物系统近转变动力学的理论框架，显式考虑了QSSA所忽略的松弛过程。数值模拟验证了针对细胞决策、代谢振荡和生态循环的预测。尽管在转变点附近极端减慢，QSSAalone误估了从一种状态到另一种状态的转变持续时间。此外，QSSA错误地预测了振荡起始的转变点，而松弛动力学通过一种反直觉的时间延迟效应促进或抑制振荡起始。生物组成件之间的常见反馈相互作用对这些松弛效应至关重要。我们的研究为理解准稳态附近相互作用生物组成件的丰富瞬态或节律动力学提供了分析基础。
引用
@article{arxiv.2605.28652,
title = {Widespread quasi-steady state assumption in biological interaction modeling mischaracterizes system transitions},
author = {Pan-Jun Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:2605.28652},
year = {2026}
}
备注
Main manuscript and supplementary information provided