前沿综述：相变怎样塑造生命系统

相变是各式庞杂体例中广泛存正在的形势，基于物理体例的相变外面与手艺，正正在被通俗运用于人命生态和社会经济等各式庞杂体例的磋议中。生物结构由豪爽细胞组成，差异物理标准、功夫标准的生物体例，每每显露为差异的宏观性子，而且会发作形似固体/液体/气体等形态的转移。2022年宣布于Nature Communications的综述作品，体例梳理了而今闭于生物体例种种（类）相变形势，以及对其发作气制、检测手腕、卓殊变革的学界最新清楚，讲论从微观标准的豪爽彼此功用到宏观标准的体例性子的显露历程。理会生物体例中的相变历程，关于进一步打通物理体例、人命体例界线，提炼共性的庞杂体例外面本领，具有启迪旨趣，同时有助于加深关于生物发育、疾病发作、生物-处境闭联的清楚。本文是对该综述的全文翻译。

生物体例显露出雄厚的形态形势学，它形似于物质的物理形态——固体、液体和气体。差异形态阶段是由更小的构成因素——细胞——之间的彼此功用发生，这些彼此功用显露出宏观性子，如滚动性、刚性和对样子及体积变革的抵拒力。以此角度看，从刚性/固态到滚动/流体，或从滚动到刚性的转移，能够界说很众生物历程中发作的大片面境况，极端是正在早期发育与癌症等疾病的举办光阴。其余，全体搬动的细胞还能够导致生物体例中的运动相变，形似于众粒子体例，此中粒子能够彼此功用并显示以特定速率为特色的亚群。正在本文中，咱们从外面角度并借助生物体例中的试验证据讲论了生物和惰性物理体例之间类比的相通性和控制性。正在理会这种转移时，紧张的是要招认生物原料的宏观本质及其藻饰是由细胞微观本质之间庞杂的彼此功用发生的，网罗成长或衰亡、相邻彼此功用和基质的渗透，以及生物体例特有的形势。正在体内检测相变正在手艺上是贫乏的。咱们提出了应对这一挑衅的新兴本领，并恐怕指点咱们对生物结构的结构与宏观手脚的理会。

生物结构（biological tissues）必要对其构成因素（细胞）举办适合的结构（organization），以庇护合理的布局和效用。与任何众组分体例形似，构成组分之间的彼此功用正在很大水准上决意了全体手脚或宏观形态。比如，物质的三种形态——固体、液体和气体，微观层面上其构成粒子之间的差异彼此功用，正在宏观层面显露为滚动性、刚性、对样子和体积变革的抵拒力等性子。

生物体例也显示出这种物质形态的雄厚形势学（phenomenology），这些物质形态是由细胞与其邻人和细胞外介质彼此功用发生的，细胞外介质往往也由细胞自身发生（图 1）。比如，骨头、软骨或树皮是生物学中常睹的固体状原料。形似流体的手脚往往正在生物结构中更常睹，特别是正在动物界。极端是正在胚胎形式发作历程中，胚胎的样子变革是因为单个细胞样子变革和细胞拓扑重排之间的彼此功用形成的——比如，正在原肠胚酿成历程中，胚胎结构显露得像不行激烈抵拒样子变革的液体。极少上皮结构显露出流体液相特色，正在长程上高度有序，如液晶[1]。正在某些境况下，将结构形态视为气体形态是合理的，此中单个细胞之间的彼此功用最小，而且它们的运动形似于气体分子的运动（图 1）。另一方面，植物细胞因为来自基于纤维素的细胞壁内的液泡的饱和膨胀压力，正在全体（比如植物根部、植物脉管体例）中显露出更“长期”的类固体手脚。然而，当细胞跟着功夫的推移完整被其本身的细胞外基质 (ECM) 或矿物质渗透物（比如甲壳类动物或虫豸壳、骨头或树皮、或软骨）（图 1）。

图 1：生物原料显示出物质形态雄厚的形势学。与物理物质形似，生物原料能够正在群体秤谌上显露出形似流体和形似固体的性子，这是由细胞与其邻人和细胞外介质的彼此功用发生的。结构形态能够是气体状（比如，鸡胚中的间充质细胞[21]）、液体状（比如，果蝇原肠胚酿成光阴的上皮结构[112]）或固体状（比如骨头、软骨、树皮）。

特定的分子构成和相邻罗列，导致上皮和间充质（mesenchymal）类型的细胞群中展现差异的细胞外性子，从而能够显露得形似固体或液体。往往，正在上皮形态下告终细胞的强粘附性和密切聚积，而且大范围细胞重排外征松散聚积的间充质细胞。然而，尽量正在个别秤谌上有很大的运动，但间充质细胞的纠合仍旧能够局部正在一个小区域内，所以导致该区域的全体布局坚固。迩来有磋议正在斑马鱼中胚层祖区结构渐渐“凝结”的配景下阐领略间充质中这种流体到固体转移的证据，由于细胞进入前体中胚层，正在那里它们越发聚积[2]。正在这种境况下，细胞密度会影响片面结构，从而左右凝结历程。正在细胞密度恒定的汇合结构中，凝结是由细胞间粘同意皮质张力[3]或细胞间和细胞-基质粘附[4]的变革惹起的。同样，密切聚积的上皮细胞能够是“流体状”，其细胞从新罗列和/或全体搬动[5]。差异的相能够正在一个结构中共存；比如，细胞能够酿成形似流体的簇，这些簇正正在与气体结交换细胞。这种细胞相的共存正在体外考核到，关于单个（类气体）细胞从液体或以至类固体肿瘤发散的肿瘤（形似“蒸发”历程）。显露得像液滴的细胞簇可以从原发性肿瘤转移并传扬，同时维持其上皮特色[7]。

与大大都惰性物理体例差异，生物体例的特性是其构成细胞正在差异功夫标准（timescale）上的成长和原料性子的变革。比如，细胞群能够通过改造其微观（细胞内）性子来改造其宏观（细胞上）手脚，比如特定的细胞外外或膜卵白、细胞内细胞骨架的重排、内部细胞器（如植物细胞液泡）的数目、巨细和散布的变革。结果是，生物结构的形态往往是短暂的，而且结构能够按照所涉及的分子历程，以迅速或迟钝的办法改造其形态。动物细胞中的上皮细胞到间充质细胞的转移即是一个如许的例子，其功夫畛域能够从几分钟（斑马鱼原肠胚酿成）到几个小时（小鼠原肠胚酿成）到几天（癌症）。斑马鱼胚层已被证据能够通过调整其细胞间接触的功夫标准，正在小时标准大将其形态从类固体形态变为类流体形态。

坊镳这种从刚性到滚动形态的转移，能够被界说为生物结构的类固体相（solid-like phase）和类液体相（liquid-like phase），反之亦然，界说了很众生物历程中发作的大片面事变，特别是正在肿瘤发作光阴和形式发育光阴。值得注意的是，固然生物结构能够通过分子秤谌的变革来改造其上述转移形态，但混杂的固体和类流体手脚也是大大都细胞体例具有粘弹性这一毕竟的肯定结果（框 1）。与惰性粘弹性原料（兼具粘性与弹性）形似，生物结构正在较短的功夫标准上也显露出形似固体的手脚，正在较长的功夫标准上显露出形似粘性流体的手脚[9,10]。按照结构的分子构成，这种粘弹性的功夫标准，自身恐怕会跟着功夫发作显着变革，而且这种变革恐怕相当于干系功夫标准上的相变。然而，正如咱们后续将形容的，正在给定的粘弹性功夫标准上，固体手脚到流体手脚之间的变革并不是线）。所以，正在解析生物体例从特定形态（刚性或流体形态）到另一种形态的变革时，思索该历程的功夫标准至闭紧张。

相变的标识是体例纪律的变革（框 1）。这种本质变革能够是猝然的（即不延续的一级相变）或渐进的（即延续的二级相变）。比如，水从液体到固体的转移会导致水分子举动周期性晶格的结构发作猝然变革，而铁磁原料则会显示出内部次序的渐渐变革。这种猝然的或渐渐的变革，往往是由外部条目（左右参数）如温度、压力或密度的渐变惹起的。然而，正在生物体例中，条目的变革往往是内部的，比如成长速度、细胞阔别、转移、粘附、罗列等。与真正的流体到固体的转移差异，正在这种转移中会发成长程结晶次序的自愿显露，生物体例中的刚性相变的特性是物质正在固体和液体中的无序形态一连存正在。这种被称为梗塞（jamming，睹框 2）的相变已被通俗讲论用于惰性原料，比如泡沫、乳液、颗粒原料和玻璃。受物理学和工程学磋议的胀吹，梗塞已被证据是一种有用的楷模，用于界说 2D 和 3D 处境中生物结构中刚性的展现[2,4,11,12.13,14,15,16,17,18,19]，此中拥堵、张力驱动刚性和震动裁汰——统统这三种机制孑立或同时——能够阻遏细胞运动，从而导致“梗塞的结构”[20]。形似于众粒子体例，此中粒子能够彼此功用并显露为具有差异特定速率的粒子群，生物体例也能够正在全体搬动的细胞中显露出动力学相变（框 1）和梗塞。

正在本文中，咱们将从外面角度以及生物体例中的试验证据讲论上述相变。极端是，咱们将讲论有序体例和无序体例的观念（框 1）正在生物学配景下的旨趣，生物结构中流体到固体转移的闭键物理决意成分是什么（形似于压力、密度，特别是温度），以及哪些标正确定结构中的这种相变。然后，咱们将提出正在原位检测这种相变的本领。最终，咱们还将探求流体/固体转移的分子告终，并批判性地讲论人命体例中的全体效应与向例相变之间类比的机缘和控制性。

粘弹性（Viscoelasticity）。粘弹性是由粘性和弹性两个词构成的，示意原料的手脚，如齐集物和生物原料，既不举动纯流体也不举动纯固体，但具有粘性和弹性性子。这种原料的刻板呼应取决于加载或卸载的速率。大大都生物原料正在短功夫标准（大约几十秒到几分钟）闭键是有弹性的，正在长功夫标准（大约几很是钟到几小时）闭键是粘性的。

（热力学）相变（Thermodynamic phase transition）。相变形容了物质差异形态之间的转移，如固态、液态或气态。相的特色是物理本质(密度、次序) ，它正在热力学体例中是平均的。相变往往是因为左右参数（如压力或温度）的变革而惹起的。一个榜样的例子是，正在一个大气压下当温度低于0 °C 时，液态水凝结成结晶冰。正在凝结历程中，平移对称性被突破，水分子构成周期性的晶格。正在众细胞体例中，除了正在特定的器官如虫豸的复眼之外，很少兴盛出长程的晶体布局，并且与液体/晶体转移的类比坊镳亏欠以形容人命体例。一个更干系的转移类型是梗塞相变（框2），已考核到的大类原料网罗颗粒介质、胶体悬浮液、浆体、泡沫和玻璃酿成液体。

动力学相变（Kinetic phase transition）。一个部件自拼装的体例，能够按照噪声（速率）和密度，体验从部件的随机（无序）运动到对齐（大范围有序）运动的变革。与真正的热力学相变形似，当左右参数通过临界点时，体例动力学手脚的这种变革被称为“动力学相变”（也称为纠集相变flocking phase transition）。比如，当细胞密度凌驾临界值时，以低细胞密度举动个别转移的细胞（如角质酿成细胞），酿成连贯的运动细胞群；它们显露出从无序形态到有序形态的转移[33]。正在鸟群和鱼群中也考核到形似的转移[104]。

有序体例（Ordered system）。物质的形态显露出差异的布局有序性：晶体固体显露出完善的有序性，它们的构成分子罗列成周期性的晶格，而液体则缺乏空间有序性。相变往往以序列变革为特色，比如，液体向固体的转移伴跟着布局纪律的变革。然而玻璃是无序的原料，缺乏晶体的周期性，但正在刻板上显露得像固体。从液体中酿成玻璃杯的常睹本领是迅速冷却，以提防结晶，所以序列重排是不完全的。通过磋议密度和宗旨的空间干系性，能够对有序/无序举办量化。玻璃像液体雷同无序，却有像固体雷同刻板特色（刚性）。

惰性物理体例中的相变由有限数目的参数左右，比如温度、体积和应力（框 1，图 2）。鉴于生物体例的庞杂性，能够预期参数数目将变得更众，从而将纯粹的相图转换为庞杂的众维相图。潜正在的左右参数能够是生化的（pH、O2、信号分子等）或物理的（压力、密度等），从分子到众细胞标准上起功用。尽量存正在这种庞杂性，但通过将往往的左右参数更换为潜正在的细胞对应物来使法式液固相图顺应众细胞体例是很诱人的。比如，正在体验形似于梗塞相变的转移的细胞单层中，有人提出用细胞运动来庖代温度，用密度庖代体积分数，用细胞间粘附的倒数庖代应力（图 2）[18]。这些参数具有分子发源，可导致细胞和众细胞秤谌的变革，从而导致相变。正在本节中，咱们将讲论相变的实例和起源，并研究发育和疾病中这种固-液转移的生物学发源。

图 2：生物原料中的梗塞相变。A 受温度、压力或密度等外部条目影响的物理体例能够体验从流体到被称为梗塞的刚性相变，而不会自愿显露出长程有序性。生物体例中的形似相图具有三个左右参数：主动震动、细胞外应力和体积分数[2]。B 正在斑马鱼的轴向伸长历程中，脱离中胚层祖区（MPZ，蓝色）成熟为前胚体中胚层（PSM，橙色）的细胞体验了一个梗塞相变。正在 MPZ 内，高细胞间接触长度震动（高有用温度）和更众细胞外空间使结构液状，而前胚体中胚层的细胞重排和细胞混杂因细胞外空间较小和细胞间接触震动低而截至（低有用温度）。结构的这种梗塞充任刚性支持，使结构膨胀（伸长）朝后宗旨偏置[2,41]。C 年青体节后界线的F-肌动卵白和肌球卵白 II 渐渐堆集导致片面张力震动的添补，从而使结构瞬时流体化以举办重塑。一朝因为这种界线张力添补和流化，体细胞布局被物理地夹断，结构就会复原到其刚性形态，维持体细胞的样子[40]。

与惰性体例差异，人命体例中的相变能够由构成因素的动力学和彼此功用的变革所触发。细胞运动和细胞重排是这些变革的主旨。

早期胚胎形式最明显的变革之一是身体样子沿前后轴的延迟 (A-P) 。正在脊椎动物中，身体延迟涉及根基的细胞手脚网罗：细胞转移、细胞增殖和细胞重排。正在雏鸡胚胎中，后伸长闭键是由前胚体中胚层 (PSM) 中细胞的增殖和分级随机运动惹起的 [21]。昔时到后的分级随机运动为胚胎后部的伸长供给了宗旨谬误。前胚体中胚层的细胞运动解析讲明，间充质细胞相关于潜正在的细胞外基质显露出布朗运动，讲明其具有形似气体的手脚（图 1A）。

斗劲细胞与流体分子，很容易正在结构内单细胞扩散和布朗体例中热扩散之间创立类比，从而为细胞运动修筑出一个取决于扩散常数的“有用温度”。这个例子讲明，正在发育历程中，结构能够通过改造其构成细胞的运动性子来改造其滚动性。然而，正在这个宗旨上的进一步磋议恐怕有助于咱们理会若何将这种生物历程界说为相变形势。

流体原料的特性是，颗粒正在受到剪切时会彼此不成逆地从新罗列。正在结构中，细胞重排能够由诸如肌动球卵白搜集的屈曲等运动历程触发，而且已被证据会导致上皮结构的流化。有助于胚胎成形的细胞重排的一个经典例子是果蝇胚胎的胚带伸长[22, 24]。细胞重排也称为细胞嵌入，涉及由屈曲性肌动球卵白搜集驱动的细胞相联的各向异性重塑。它们参加了生物结构的滚动性，不然结构会发作弹性变形（图 3B）。

图 3：由细胞运动变革惹起的相变。A 正在雏鸡前胚体中胚层 (PSM) 中，间充质细胞相关于下面的细胞外基质显露出布朗运动，所以一共结构具有形似液体的手脚。当它们正在 Fgf 的影响下从后部搬动到前部时，它们会体验渐渐的“固化”[21]。B 灵活的细胞重排，因为肌球卵白依赖的相联重塑，正在果蝇胚胎的种带伸长光阴，因为邻人相易而展现结构液态[112]。相反，弹性变形正在邻人之间维持相像的设备。C、D 运动细胞的动力学相变标识着自推动粒子体例中自愿有序运动的展现。正在运动细胞的纠合中，每个细胞都能够改造其运动宗旨，带有极少扰动（由绿色暗影示意）取决于其邻近的均匀运动宗旨（由蓝色圆圈示意）。这导致速率的干系性跟着粒子搬动的密度和噪声的变革而渐渐添补，从而通过盘旋对称的自愿对称破缺[31,33]。

正在雏鸡胚胎中，滚动性来自细胞运动的变革，但也是细胞阔别的结果。细胞阔别主动鼓动了细胞重排：子细胞正在阔别后彼此分辨并重塑它们与邻近细胞的相联[25]。这些片面重排是原肠胚成型所必要的，若是细胞阔别被抑止，上皮结构就会变得坚固。正在分子秤谌上，低肌动球卵白屈曲性鼓动原肠胚酿成光阴的相联重塑，而正在早期阶段，高秤谌肌动卵白坊镳阻遏细胞阔别介导的重排。这些考核结果与预测弹性结构中发作的细胞阔别（和细胞凋亡）引入动态重组的外面模子相仿，这种动态重组偏向于具有显然的剪切和体积粘度的类流体手脚[26]。

主动驱动的细胞重排导致生物结构标准的样子变革和滚动。越来越众的证据讲明，给定细胞重排形式的界线条目会影响宏观变革。正在界线为圆形的果蝇生殖器中，上皮细胞的各向异性重排导致单向盘旋[27]。这个例子夸大结局部力学和样子之间的耦合。

细胞密度或等效的体积分数是与相变干系的物理参数，由于它正在很大水准上决意了粒子或细胞之间彼此功用的频率。正在斑马鱼胚胎尾巴的延迟历程中，细胞外空间的体积向后减小并抵达一个值，低于该值，细胞原料显示出明显的屈膝应力，阻遏细胞重排。当自正在体积分数低于 0.3628 时，这种流固转移形似于正在水性泡沫中发作的境况。Monera等人。讲明屈膝应力和细胞外液体积的梯度是由细胞粘附卵白 N-钙粘卵白左右（尽量卵白质的浓度自身并不分级）。

密度是与生物结构干系的左右参数吗？上皮结构由群集的细胞构成，这种境况对应的体积分数迫近于1。因为正在如许拥堵的体例中考核到梗塞和非梗塞形态，所以质疑将密度用作左右参数 是合理的[3,4,16]。早期的上皮机制模子 [29] 确定了刻板上差异搜集的存正在，这些搜集让人联念到梗塞和未梗塞的形态：固体状六边形搜集和液体状软搜集。六边形搜集同时具有体积模量和剪切模量。比拟之下，软搜集的剪切模量则消逝了，而且显露得更像一种液体，细胞能够正在此中轻松搬动和彼此穿过。正在此类模子中，搜集中单位的刻板能是三个项的总和：与细胞面积可压缩性干系的项、与归因于细胞刚度的细胞周边弹性干系的项，和与归因于粘同意皮质张力的接触线能量相闭的项。细胞样子的变革受到细胞念要获取的优选选周长 P0 和优选面积 A0 参数的局部。正在这种转移中，若是细胞的优选周长 P0 相关于优选面积 A0 减小，则结构能够凝结。梗塞/非梗塞相变的左右参数是考核周长与考核面积平方根之间的比率（图 4A）。它被称为样子指数。关于实体结构，样子指数正好是 3.81（这是正五边形的周长与外外积之比）。若是该指数凌驾 3.81，则结构更像液体。这一预测是正在人类患者肺部的上皮单层提拔物中告终的，这些提拔物显露出梗塞相变。与来自非哮喘患者供体的细胞比拟，正在来自哮喘供体的细胞提拔物中，梗塞相变被延迟。这讲明庇护上皮细胞的滚动性恐怕是上皮细胞发病的道理之一，而梗塞恐怕是上皮细胞施展障蔽功用的一种效用形态。迩来磋议正在果蝇生殖带上皮细胞中的事务评估了细胞聚积对样子指数的影响，并讲明它实践上能够正在 3.72 和起码 3.9 之间变革，实在取决于密切聚积的上皮细胞中存正在众少五边形和众少众重极点[30]。

图 4：细胞接触动态调整导致的相变。A, B 正在非运动细胞中，皮层张力和细胞间粘附强度之间的平均能够导致密度无闭的固体-液体转移。左右参数（样子指数 s0）决意结局部细胞重排的概率。正在上皮细胞中，对应于正六边形的样子指数（3.72）标识着坚固性的亏损，而且刚性相变发作正在对应于正五边形的样子指数（3.81[3]）。C 细胞阔别可导致结构的流化，这是因为正在有丝阔别细胞圆化历程中细胞间接触的亏损。正在早期斑马鱼胚胎（受精后 4 小时）中，胚盘核心的细胞体验有丝阔别，显示细胞间接触长度裁汰和间质间隙添补，从而导致结构粘度和类流体手脚临时下降。然而，因为巩固细胞间接触的非经典 Wnt 信号传导，边际的细胞没有显示流化[8]。D 群集结构中的细胞牺牲（因为细胞衰亡或分层）可导致细胞间相联的牺牲和结构粘度的下降，并导致类流体手脚[46]。E 当正在结构中被抑止时，因为肌动球卵白屈曲性（比如正在八细胞阶段的早期小鼠胚胎中看到的）细胞的脉冲屈曲，因为细胞间接触，导致长功夫的力并添补全体刻板完全性结构[50]。F 正在临界值邻近的粘附依赖性细胞连通性（比如斑马鱼胚层中的细胞连通性）的变革可导致刚性相变，如渗流外面所预测的。低于细胞连通性临界值的巨型刚性簇（赤色）猝然消逝可导致结构粘度猝然下降，使结构更像流体[56]。C-F 图中的笔直虚线（紫色）示意发作相变的临界点（正在干系参数空间中）。

正在某种水准上，举动固体标识的样子指数的存正在，让人念起为晶体布局序列参数的界说。这讲明尽量某种原料仍旧是无序的，但能够通过考核其构成因素的样子来识别它是流体依然固体。人们能够以为这是依赖于模子的，确定形态的独一干系本领是搞真切机制（参睹“原位检测相变的试验本领和挑衅”片面和图 5）。

图 5：用于原位检测相变的流变衡量（基于接触的本领）。A 一类显微手艺旨正在探测细胞标准的流变学，此中衡量往往必要刻板安装或插入力探针并确定力-变形弧线。B 中观流变衡量旨正在衡量超细胞性子，其依赖于利使劲-变形弧线的相像道理，但正在众细胞秤谌上诱导变形。

Vicsek 等人[31]开始从外面上研究了自推动粒子体例中自愿有序运动的展现。他们的事务受到生物体例的胀吹，模仿了一个以恒定的绝对速率运动的粒子体例，运动宗旨与粒子正在给定半径邻近的运动宗旨相像，但增添了极少随机扰动（图 3D）。通过举办数值模仿，他们考核到，这种纯粹的彼此功用能够通过盘旋对称的自愿对称性破缺，导致从无转移到有限净转移的一种新相变——这被称为动力学相变（kinetic phase transition）。从观念上讲，这种相变能够看作形似于铁磁原料中的自旋罗列，此中温度正在运动宗旨上起到了随机扰动的相应功用，以告终速率罗列。固然这种转移不必然是固体-流体转移，但运动的对齐能够鼓动全体运动并鼓动凝结[32]。

普通来说，这种相变有助于理会细胞群内的全体细胞运动，实在取决于密度和噪声（即运动宗旨的扰动秤谌）（图 3C、D）。正在密度和噪声很小的境况下，粒子能够酿成群体，沿随机宗旨连贯运动；然而，若是密度高于一个临界阈值，则宏观上就会显露出有序运动，此中统统粒子偏向于自愿地沿统一宗旨运动（图 3C、D）。正在金鱼角质细胞的全体转移中曾经考核到这种转移的生物学证据，此中成组搬动的彼此功用的细胞簇能够正在临界密度邻近酿成[33]。

这种向有序形态的转移能够通过短程彼此功用来诠释，而无需任何闭于邻人运动宗旨的显然讯息。同样，当以高细胞密度铺板时，考核到由 MDCK 细胞构成的运动上皮中全体转移细胞的速率场绝顶相仿。迩来正在癌症方面的磋议讲明，当小 GTPase RAB5A 酶过外达时，细胞会显露出全体运动，让人联念到动力学（纠集性）相变。肿瘤球体中一连和妥协的运动渐渐重塑了细胞外间质，进一步鼓动了癌细胞的全体侵袭和扩散。片面邻域内细胞运动宗旨的对齐很恐怕是趋势性或刻板趋势性的结果，其显露为几种细胞直径的全体罗列。

温度是与相变干系的紧张物理参数（框 1），由于它是对构成分子均匀动能的量度。所以，与统一物质原料的液相或气相比拟，固体中的分子搬动较少，这实践上意味着凝结点的温度低于沸点。所以，温度被很好地举动固液转移的左右参数，极端是关于泡沫状体例从湿态到干态的固液“梗塞”。直到迩来，才提出了一个被称为细胞发抖（cell jiggling）的等效参数来诠释为有用温度[37,38]。与温度的运动学图像形似，细胞发抖是权衡细胞之间接触震动的目标，它是由众种分子历程惹起的，这些分子历程能够调整细胞间粘附或细胞屈曲性[39]。正在本节中，咱们提出完毕构内的几个灵活历程，这些历程恐怕有助于细胞接触/细胞震动的变革，并将细胞发抖举动磋议生物结构相变的独立左右参数（独立于细胞密度和应力）。

众细胞生物中的固化能够看作是细胞运动和从新罗列本事的亏损。这种历程激烈依赖于细胞可以发生的主动驱动震动。正在斑马鱼中，细胞的渐渐凝结是轴伸长的根底。与雏鸡差异，这个历程不涉及增殖；相反，来自位于动物前部的中胚层祖区的间充质细胞正在进入前胚体中胚层（后部）时渐渐遗失从新罗列的本事。这种流体到固体的转移形似于梗塞相变，当细胞进入前胚体中胚层时，它们会酿成笼子（图 2B）。前胚体中胚层的细胞酿成称为体节（somites）的布局，这些布局会产圆活物的脊椎。为了绘制细胞标准的刻板性子，Mongera 等人[2]应用了可磁变形的油滴，这些油滴被注入斑马鱼胚胎的尾部。他们衡量了使结构长期变形所需的应力气（屈膝应力），并挖掘它正在从后到前的宗旨上添补，讲明后部更迫近固体，而前部则渐渐迫近固体。其余，左右固体-流体转移的张力震动幅度坊镳能够安排，以使体节界线成形，体节内部是固体，而紧邻的结构是流体（图 2C）[40]。这些考核结果与思索细胞外空间和细胞间接触处的主动张力的动态极点模子相仿。正在张力震动的临界值上，该模子预测结构显露为流体。低于临界值，结构能够按照发育功夫显露为流体或固体。若是酿成布局的发育功夫标准大于（小于）应力弛豫功夫标准，则结构显露为流体（固体）[41]。正在差异的境况下，通过胚胎干细胞的基于主体的模仿，也呈报了正在活性液滴的逗留聚结光阴玻璃状或梗塞细胞手脚[42, 43]。

因为有丝阔别细胞的圆形化，细胞阔别往往会毁坏细胞间的接触。结构性子能够按照构成细胞阔别的发作频率和同步性举办调整。与细胞阔别一齐，细胞衰亡能够引入往往是各向异性的应力源，所以可以发生有用的剪切粘度，导致结构显露为粘弹性流体，弛豫功夫由阔别和细胞凋亡的速度设定[26]。上皮结构中的细胞阔别和细胞衰亡都恐怕是导致结构片面流化的细胞重排的起源。正在雏鸡胚胎中，细胞阔别正在原肠胚酿成历程中驱动细胞嵌入事故，如“因为主动驱动的细胞重排而导致的变革”一节中所讲论的。阔别细胞的相联重塑必要正在其邻近的低皮层肌动球卵白，如许阔别细胞能够使邻近细胞变形和位移。皮质的高转换导致低皮质刚性和低E-钙粘卵白相联坚固性。F-肌动卵白和肌球卵白坚固性的添补会损害阔别介导的重排[25]。这种细胞秤谌的请求使结构更像液体，并使正在雏鸡的原肠胚阶段中考核到大范围滚动形式成为恐怕。

纵然正在非上皮结构的境况下，细胞阔别也恐怕是固液转移的驱动成分（图 4C）。比如，正在合子基因组激活之前的大大都早期胚胎中，细胞阔别是同步的，而且取决于物种，细胞阔别的速度将决意结构性子变革的功夫标准。极端是关于斑马鱼胚胎，发育的前 25 小时简直每 15 min 伴跟着一次的同步细胞阔别，实践上意味着统统细胞每 15 min 体验一次有丝阔别细胞圆形化和松散的细胞间接触。这鲜明会影响结构及其相（固体状或液体状）的全体力学职能，实在取决于细胞是否彼此接触。

跟着发育的举办，细胞阔别能够成为结构性子区域化调整的起源，正如 Petridou 及其同事正在斑马鱼原肠胚酿成首先时胚层扩散的境况中考核到的那样[8]。他们讲明，核心胚层阔别（阔别周期 12 和 13）光阴的细胞圆化使结构更像液体。然而，边际细胞正在片面激活非经典 Wnt 信号（Wnt11-Fz7），从而添补细胞固结力以抵消有丝阔别对接触崩溃的影响。固结力或类固体手脚是由 Wnt11-Fz7 信号依赖的肌动球卵白屈曲性添补惹起的，这鼓动了 E-钙粘卵白-肌动卵白正在细胞间接触边际的定位[44]。作家进一步讲明，这种空间受限的变革，是结构性子关于结构形式发作所至闭紧张的，由于正在wnt11/slb 突变体胚胎中看到的类流体手脚的平均变革，会导致胚层变薄[45]。

正在成长的结构中，细胞拥堵群集，这不成避免地导致群集聚积和潜正在的凝结。正在上皮结构中，细胞分层（细胞衰亡之前的历程）被证据能够抵消太过拥堵[46]。正在细胞邻人将它们挤出之前，细胞因细胞间相联的亏损和顶端面积的裁汰而分层（图 4D）。正如先前外面所创议的[47,48]，拥堵能够刻板地反应到细胞上，以缓冲结构成长并确保结构稳态。比如，一种被称为接触抑止的细胞增殖抑止景象，已被证据是由密度变革惹起的。拥堵和成长之间的刻板反应受损恐怕有利于增生和肿瘤酿成，这往往伴跟着结构固态化的历程。

正在早期小鼠胚胎中，当细胞离开粘附接触时，细胞的脉冲屈曲正在短功夫内显露为周期性皮层波。然而，正在结构中，这种细胞自决脉冲屈曲，当受到局部或抑止时，因为钙粘卵白介导的细胞间接触会被从新定向远离细胞相联，从而正在长功夫标准上发生结构秤谌的力。极端是正在早期（八细胞阶段）小鼠胚胎的境况下，这种肌动球卵白屈曲性会导致压实，从而添补胚胎的全体刻板完全性[50]。肌动卵白-肌球卵白搜集的这种脉冲屈曲已被证据可驱动果蝇中的细胞样子变革[51,52,53,54]，并因为细胞和结构的粘弹性导致全体结构滚动，使得它们尽量存正在瞬态力但仍可长期变形。总体而言，探求细胞粘同意细胞自决脉动之间的平均能够导致众细胞体例中的永久力是合理的，这些力能够通过动态调整细胞接触/细胞来影响结构的类固体或类流体手脚。

搜集中链接连通性的变革会导致刚性的宏观变革。连通性的水准形似于液体通过众孔物质浸透的难易水准：更高的连通性意味着没有液体不行自正在通过。这种境况被称为通过搜集的“刚性渗流”（percolation of rigidity，区别于液体）。与物理学中这种进程满盈磋议的历程形似，细胞间连通性的变革能够改造结构刚性，即恐怕导致渗流。正在无穷搜集中，渗流外面预测刚度正在临界链接密度之上的相变（框 2 和[55]）。关于结构等有限尺寸的众细胞体例，当细胞相联性抵达阈值时，当应力正在体例尺寸上传扬时，粘度是否会发作猝然变革并没有显示出来。然而，迩来正在斑马鱼胚盘中的一项磋议证据了一种真正的刚性相变，这是由粘附介导的细胞相联性变革惹起的（图 4F 和[56]）。作家讲明，当每个细胞的均匀接触量较低时，不出所料，结构显露为流体但高于相联性宏大刚性簇（框 2）的临界阈值，并逾越一共搜集以抵拒变形，从而使结构展现手脚更像固体。通过组合遗传扰动来改造细胞连通性（通过下降 E-cadherin 外达秤谌或通过下调 Wnt/PCP 途径（图 4C）或通过改造细胞运气样板），讲明细胞连通性是一个牢靠的参数应用刚性渗流解析预测结构粘度的变革。这种搜集相变是生物体例正在形式发作历程中若何运用相变来镌刻结构的另一个例子[57]。相反，迫近临界会导致不坚固性，这正在生物体例中往往不会考核到，咱们设念来日的磋议将治理这一困难，为咱们理会相变正在生物体例中的功用开发新途径。

对称性和对称性破缺（Symmetry and symmetry breaking）。物体的对称性（几何学）是指物体正在几何变换下的稳定性。比如，若是一个对象正在盘旋之后能够映照到它自身，那么它即是盘旋对称的。对称性破缺是一个历程，往往由轻微的震动惹起，使体例从一个对称的形态酿成一个不那么对称的形态。最终形态差异于初始形态，必要更众的特色来形容它。比如，液态水正在各个宗旨上看起来都是雷同的。当它酿成一片雪花时，它遗失了盘旋对称，只正在六个宗旨上看起来雷同。

玻璃相变和梗塞相变（Glass transition and jamming transition）。玻璃转移是指从粘性液体到非晶态（无序的，非晶态）固体的转移。梗塞相变是正在不应用温度调整下的玻璃相变，用来示意从液态或“松软”形态到刚性形态的转移。它涵盖了差异的境况，如交通梗塞的酿成，或沙子/糖果的聚积，或玻璃相变。陪同而来的是各组分生气的快速低重。所以能够以为它是一种动力学相变。梗塞相变是外现正在体例“冻结”中的一种广泛形势。比如，当必然体积的沙子倒正在桌子上，滚动会自愿截至，并取得一个刻板坚固的沙堆。当胶体体积分数较大时，胶体构成因素显露出相像类型的转移：正在高浓度的硬颗粒系统中，颗粒被管制正在由其相近颗粒酿成的瞬态“笼子”中。正在迫近梗塞的境况下，正式“笼子”的从新罗列左右（减缓）了动力学[105]和变形抗力。运动速率的减慢与粒子集群相闭，其特色尺寸随拥堵水准的添补而增大[106]。扰乱体例的一个明显性子是左右参数的适度变革（比如密度的添补）导致有用粘度的发散和有限刚度的展现。相闭梗塞及其起源正在生物学配景下的精细回首，请参阅参考文献[20]。

渗流和搜集相变（Percolation and network phase transitions）。正在搜集中，节点及链途的添补或删除能够改造搜集的宏观手脚。正在临界链途密度以下，因为搜集内延续变形的数目添补，搜集能够剖释成较小的相联簇。或者，当凌驾这个临界链途密度，搜集将显露为刚性，换句话说，刚性渗流到体例中[55,107,108,109,110]。搜集布局的这种变革导致了相变：正在临界密度以下，搜集将具有大的松软区域和极少刚性节点团簇，而正在这个临界值以上，则可以逾越一共搜集的刚性节点团簇会猝然显露，称为宏大刚性团簇（Giant Rigid Cluster）[56,110,111]。渗流外面预测这个临界值是最大均匀接触数的2/3。

惰性原料中的固体到流体转移伴跟着构成粒子的长标准列的猝然变革。然而，如前所述，生物原料正在很大水准上仍旧是无序的。这对识别它是否显露为流体或固体特色提出了挑衅，由于没有彰着的性子能够最终确定原料的相，并所以鉴定是否发作相变。然而，相变的一个显着特色是原料本质的强烈变革。比如，梗塞相变伴跟着粘度的发散和有限刚度的得回。所以，正在生物结构或细胞群中检测此类相变的一种彰着本领是对其举办刻板探测并正在原位衡量其流变性子。此类衡量能够称为流变衡量（rheological measurements）。

另一种通过闭心动力学来推想结构相的本领，即成像并跟踪细胞手脚和细胞样子。构成细胞的样子能够供给结构刻板形态的线索。对单个细胞或细胞群的轨迹及其扩散性子的解析能够供给生物结构相性子的讯息。比如，流体特性是颗粒自正在扩散并可以正在剪切功用下彼此通过，而玻璃（梗塞的固体）显示出局部颗粒扩散的“笼子效应”。这品种型的衡量能够称为运动学衡量。

流变试验是原料科学中的经典试验，网罗衡量原料正在外力功用下的滚动和变形。它们正在生物体例中的履行往往具有挑衅性，但近年来曾经能看到既有手艺的顺应性以及新手艺的开辟（精细综述参睹[58]）。这些类型的衡量往往必要一个刻板安装或插入力探针和力-变形弧线）。按照衡量的标准，咱们能够将它们分类为微观（正在细胞标准上衡量流变）或中观衡量（正在细胞外或结构标准上）。

微观衡量种别网罗原子力显微镜（原子力显微镜）[10]、微量移液器抽吸[59]、光镊[60]、亚细胞激光溶解后的细胞极点位移[52]和磁珠等本领，统统这些都依赖于基于力-位移（变形）弧线A)。另一种新兴的本领是布里渊显微镜[61]，它是一种衡量结构粘弹性性子的无标识和无接触本领。应用此中极少手艺的经典示例（详睹[8]）网罗单细胞力谱（SCFS）[62]衡量斑马鱼胚胎中胚层祖细胞的粘附，统一试验以推想结构外外张力不同[63]，原子力显微镜衡量非洲爪蟾头部中胚层的弹性[64]或内皮、心肌和骨骼肌的粘弹性[65]，光镊正在早期果蝇上皮中变形细胞相联和粘性耗散[9,66]，布里渊显微镜来绘制寻常和患病的人类角膜弹性特色[67]或斑马鱼脊索中细胞外基质刚度[68]和微量移液器抽吸以衡量差异脊椎动物胚胎中的结构粘弹性如斑马鱼囊胚[8]、非洲爪蟾[69]、鸡[70]和小鼠[50]。

中观流变衡量旨正在衡量细胞外或众细胞的性子，这些性子与微观衡量雷同依赖于力-变形弧线，但正在众细胞秤谌上诱导变形（图 5B）。结构级激光溶解能够探测伤口闭合的各向异性[71]。平行板压缩手艺模仿了原料科学中应用的经典压缩手艺，但正在微观标准上，外外张力效应主导结构变形和样子[72]。微滴变形能够衡量刚度各向异性[73]，而且能够应用平均磁场下的铁磁流体液滴磋议结构对大变形的刻板呼应[74]。比如，Mongera 等人[2]正在斑马鱼胚胎的尾部打针了这种可磁变形的油滴，并衡量了使结构长期变形所需的应力（屈膝应力）沿着身体轴线的从后往前添补，讲明正在前部更呈流体状，后部渐渐呈固体状。藻酸盐或聚丙烯酰胺中的软弹性微球可用于衡量各向同性（拉伸和压缩）和剪切应力[75,76]。原子力显微镜等手艺也已被用于中观衡量，本领是将大珠相联到原子力显微镜的悬臂以衡量生物结构标准的变形[64]。

正在这两类衡量中，为了检测相变的证据，所以至闭紧张的是，尽恐怕正在自然形态下扰动和探测结构，而且最好是推想结构的动态形态而非被动衡量其构成细胞的刻板性子。然而，这并不老是可行的，所以必要为给定体例留神拣选手艺和解析本领，由于推想的性子恐怕会取决于所使使劲探针的巨细和速度、所用探头的几何样子和设备以及所探测的结构区域[77]。

此类衡量依赖于对自然处境中细胞的运动和样子的解析，以对结构的刻板形态深化认识（图 6）。及时成像、荧光或其他办法是这类衡量的要害器械。

图 6：用于原位检测相变的运动学衡量（非接触本领）。A、B 速率衡量能够通过粒子图像测速或a.基于粒子纠合的运动（整体滚动形式）b.通过离散和跟踪的单个粒子的运动等干系手艺来杀青。C 诸如空间互干系和功夫自干系等速率的高阶衡量愿意不同推想全体细胞运动的弛豫功夫和干系长度，这两者都可用于检测细胞单层中的相（梗塞）转移[4,78]。D 均方根位移能够从粒子（细胞）的各个轨道推想出来，并可用于推想“笼式”与“非笼式”动力学。E 能够对离散图像中的细胞间接触长度 (l) 举办高阶衡量：间隔 r 的细胞间接触长度的空间互干系或细胞间接触长度的功夫自干系可用于检测相（梗塞）转移的“发抖”特色量[2]。

比如，速率衡量和高阶衡量，如速率空间干系性和速率功夫干系性，可用于检测相变。速率自干系供给了弛豫功夫[78]，估计弛豫功夫会正在迫近玻璃化转移时显着添补。速率空间干系职能够搜捕全体运动及其干系长度。这些衡量已用于外征细胞单层中的全体运动和梗塞相变。咱们估计它们将有用地运用于体内和三维体例，由于该本领黑白侵入性的而且依赖于成像。

生物结构的原料性子的变革能够正在几个小时到几天的功夫标准上渐渐发作，而不存正在任何像榜样相变雷同的临界点。尽量速率迟钝，但力学职能的变革恐怕是宏大的。正在这种境况下，结构的凝结或流化恐怕是由细胞内因素和细胞外处境的变革形成的。

细胞中水含量是决意细胞力学职能的要害成分。极端是关于具有细胞壁的植物细胞，因为水的流入/流出，细胞内的静水压力可高达 20 个大气压（约2 MPa[80]）。这种压力，称为膨胀压力，所以关于驱动片面形式发作和结构的全体完全性和刚度至闭紧张。与细胞运动的动物结构差异，植物结构通过调整细胞壁的原料性子和膨胀压力来左右其硬度，从而导致其布局的大范围变形。固然因为细胞构成的这种变革而导致突发相变的证据尚不真切，但调整水量仍旧是左右全体结构刚度的有力机制。比如，花发育历程的花药怒放开释成熟花粉（该历程称为花药开裂[81,82]），或因为花瓣扩张而使花蕾怒放，也揭发其心皮上的柱头举办授粉[83]，两者都是由特定细胞群的水合和脱水序列惹起的，这些细胞群正在空间上调整相对刚度，从而导致受控的结构全体变形（图7A、B）。正在分子秤谌上，水的流入和流出受K+/Na+离子转运卵白和水通道卵白散布的空间调控左右。迩来有报道称，调整水浸透是正在受限微处境中左右细胞转移的一种机制[84]。Stroka 等人的事务讲明受限的肿瘤细胞正在细胞膜中创立了 Na+/H+ 泵和水通道卵白的极化散布，从而正在细胞的前缘和后缘之间发生水和离子流梯度，从而告终细胞排水。

图 7：细胞构成和细胞外处境变革导致的结构刚度变革。A，B 植物细胞中存正在的水量，创立膨胀压力（A），并驱动结构的片面形式发作和全体完全性和刚性，比如花粉管正在花中的成长（B）[80]。C 细胞外基质因素，比如纤连卵白原纤维，规定完毕构界线，比如发育中的非洲爪蟾胚胎中的神经/中胚层界面之间[87]。

细胞正在群体秤谌上的类固体或类液体手脚也能够由细胞外正在成分决意。正在这方面，细胞外基质 (ECM) 是细胞渗透的一个要害决意成分，它通过对细胞手脚的刻板化学左右影响全体细胞动力学。全体结构刚度的变革，恐怕是渗透细胞外基质数目和宗旨的直接结果。骨和软骨结构是榜样的例子，其间充质细胞的软纠集体分歧成大型肥大软骨细胞，合成 X 型胶原卵白并钙化它们边缘的细胞外基质[85]。随后，这些软骨细胞的妥协凋亡以及它们被进一步渗透 I 型胶原卵白的成骨细胞代替，改造完毕构的全体刚度进而酿成刚性骨布局[85]。正在骨闭节炎等疾病中，成骨细胞不行渗透足够的细胞外基质，从而影响骨骼的力学职能。另一个明显例子是渗透的几丁质基质，它与碳酸钙联结，成为一种固体原料，正在节肢动物如甲壳类动物和软体动物的外壳中组成外骨骼[86]。

骨骼、软骨和外骨骼等固体布局的酿成是渐进的，并一连数天。基质重积正在较小功夫标准上的效应及其影响已正在癌症等疾病的兴盛和疾病中取得通俗磋议。正在非洲爪蟾胚胎中考核到了这种发育影响的第一个证据。身体轴线沿 A/P 轴的延迟伴跟着背侧退化边际的硬化。沿 A/P 轴宗旨的硬化水准大于沿中外侧轴宗旨。磋议者提出结构硬化是由细胞骨架的巩固或细胞外基质的重积惹起的，这将有助于庇护刚性轴[88]。有证据讲明纤连卵白原纤维正在结构界线处酿成（图 7C）[87]。它们的形式（pattern）能够左右力学职能，如弹性模量，但也能够其润滑功用以裁汰形式发作历程中结构之间的剪切。

更普通地说，细胞外处境的变革会影响结构的分歧、宗旨和运动，统统这些都恐怕导致结构硬化[89]。比如，迩来讲明，正在果蝇卵泡中，通过 src酪氨酸激酶感知的基底膜刚度，改造了卵泡前部细胞相联的 E-钙粘卵白运输[90]。所以，正在均匀细胞样子或定向细胞阔别没有任何变革的境况下，细胞正在雄伟管状上皮中从新定向，这闭键是因为细胞外基质的定向，从而左右了三维结构的样子和刚度。细胞外基质左右细胞运动的另一种境况是先前讲论的鸡胚胎前胚体中胚层 (PSM) 中细胞分级运动的境况。正在此，间充质细胞正在单个细胞秤谌上的类气体手脚（导致无宗旨布朗运动），会因为底层细胞外基质的运动，而转化为形似于液体的分级滚动形式。

曾经有豪爽闭于细胞外基质因素和生物物理性子若何诱导上皮-间质转化（EMT）和鼓动转移手脚的文献 [91,92]。肿瘤成长和扩散是否形似于相变，是十年来一个一连争议的题目（比如参考文献[93]）。发育历程和癌症之间存正在惊人的相通之处，它们对细胞外基质刚度的敏锐性，以及更广泛地对处境刚度的敏锐性。细胞外基质刚度恐怕会沿着细胞外基质刚度梯度鼓动肿瘤成长、扩散和蜕变，这一历程称为硬轴定位（durotaxis）[94]：同样，底物刚度能够通过正在体内神经嵴酿成历程中鼓动上皮-间质转化来触发全体细胞转移。正在后一种境况下，神经嵴细胞转移是对支持中胚层硬化的响应。所以，结构类液体或类固体手脚受内正在和外正在成分的调整。

正在形式发作历程中，结构受到边缘结构和处境（细胞外基质、壳、卵周膜）的外力和刻板管理。几个团队曾经首先治理结构若何刻板地呼应这些力和管理的题目。迩来的呈报讲明，力学职能，比如硬化是由外部条目惹起的。拉伸惹起的硬化已被提出举动一种局部变形后样子变革的机制。应用拉伸安装，Duda 等人[95]对果蝇翼盘上皮施加外部载荷并考核结构的刻板呼应，沿拉伸宗旨酿成极化的肌动球卵白索。肌动球卵白搜集通过采用差异的设备来感知和呼应几何与刻板管理[96]。它们能够酿成环形或星形，这反过来又能够指导力的发生及力学职能改造。正在改造界线的差异身分举办激光暗语或烧灼是确定外部结构对力学职能的影响的一种本领[52,96,97]。外部条目的调制是否会导致相变尚有待证据。应变硬化能够被视为一种裁汰以至提防结构变形的普通凝结机制。

正在人命体例中的全体效应与物理惰性体例中有目共睹的相变之间创立类比具有说服力。比如，将经典的三轴梗塞相图运用于细胞单层的境况，有助于卓越恐怕左右结构中流固转移的要害参数，即细胞运动/细胞发抖，细胞间粘附性的倒数和细胞密度，举动温度、应力和体积分数或密度的对应物[37]。然而，参数的独一性是值得嫌疑的。正在体积分数迫近[1]的汇合单层中，该参数与形容梗塞相变无闭，而是提出了以细胞样子为特色的参数[17]。这外明了寻找左右参数并测试它们干系性的须要性。

同样，固然很彰着，震动往往会鼓动结构的流化，但寻觅这些震动（由热形成的或非由热形成的）的的确本质至闭紧张。正在细胞运动和（有用）温度之间举办类比恐怕会发生误导，由于由主动驱动的震动（导致细胞运动）和热震动正在实质上黑白常差异的[99,100,101]。与热力学体例中广泛存正在的玻尔兹曼散布所给出的稳态比拟，主动驱动的应力导致正在质地上差异的稳态。这阻塞了人命体例中“有用温度”的界说[102]。分子马达发生的主动震动决意了样子震动的特色功夫，进而导致细胞重排和细胞运动。咱们对分子和细胞标准之间的闭联知之甚少，所以开辟能将它们接洽起来的物理模子和外面绝顶紧张，这将有助于咱们界说左右相变的有用参数。相变观念正在生物体例中的运用受到生物非平均本质的局部。考核到的人命体例形态都不是平均形态，而是从非平均动力学中显露的瞬态或稳态。正在胚胎形式发作历程中，由基因外达、动态粘同意细胞骨架布局的变革惹起的一系列形态恐怕会使相变的识别存正在危机以至误导。尽量如许，形容这些形态的原料性子仍旧必不成少，咱们信赖正在某些境况下它们将揭示手脚层面的转移，此中极少将是相变的标识。转移的身分将取决于生物体例的实在境况，可是，正如其他动态体例[103]所显示的那样，很恐怕会展现对细节不敏锐的特色。

一项吸引人但令人生畏的做事是将左右相变的物理参数与生物实体接洽起来。试验将卵白质效用与物理参数般配存正在固有危机，由于很众卵白质有助于众种物理性子。比如，肌球卵白-II 的活性巩固细胞震动，但也可以举动肌动卵白交联剂改造细胞刚度。切记这一点，应用急性遗传和分子扰动联结的刻板衡量与成像手艺，关于破译紧张参加者、确定体例正在相图中的身分至闭紧张，并希望寻觅参数空间。

生物体例正在力学职能变革的功夫标准和变形的功夫标准之间显露出激烈的耦合，所以与惰性原料比拟，应力正在相变中能够施展绝顶差异的功用，特别是梗塞相变。反应正在从分子到结构标准的刻板和生化信号之间施展功用。其余，巨细和几何样子能够对众细胞体例的全体手脚施展要害功用。这使得人命体例比拟于物理惰性体例显得绝顶极端。

来日的事务应当深化认识几何、力学和生物化学的众标准耦合，以及它们若何整合以界说众细胞体例的全体手脚，以及左右生物体酿成历程中相变的参数。

人命是有心（认识）的，但当你一层层剥开人命的结构，却只要心脏而没有一颗“精神”；翻开大脑皮层看到一个个神经元，却看不到“认识”。然而，人命与认识都具有“自我天生“的本事，人命自愿从非人命中天生，认识自愿从人命中天生。更惊人的是，人命与认识的自我天生布局坊镳很相通。若是这个假设创建，那么最恐怕的备选布局会是什么呢？

为了更深化地清楚庞杂活体例的自天生布局，集智科学家小木球(仇玮祎)共同周理乾、王东、董达、刘宇、苑明理、傅渥成、章彦博等科学形而上学、准备机科学、物理学和生物化学等学科的一线磋议者配合提议结构《自天生布局系列念书会》。此中曾经完结，念书会所酿成的自天生布局社群蚁合了干系周围的教学、硕博及财产界人士。

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