斑图生成 - 版本历史

2022年6月17日 (五) 08:08 思无涯咿呀咿呀

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	[[File:220px--Self-organizing-Mechanism-for-Development-of-Space-filling-Neuronal-Dendrites-pcbi.0030212.sv003.ogv.jpg\|thumb\|树突生长计算模型中的模式形成。]]		[[File:220px--Self-organizing-Mechanism-for-Development-of-Space-filling-Neuronal-Dendrites-pcbi.0030212.sv003.ogv.jpg\|thumb\|树突生长计算模型中的模式形成。]]

		+	== 概述 ==
		+	斑图（或称模式）即复杂系统中个体状态的组合形成的一些更大尺度的集体结构。斑图可以是时间或空间上的，波纹、斑点、分形、对称等都是斑图。斑图是自组织形成的，其涌现与演化过程和对称性破缺有关。

	斑图生成学关注自组织中可见的、统计有序的结果，以及自然界中相似斑图背后的共同原理。		斑图生成学关注自组织中可见的、统计有序的结果，以及自然界中相似斑图背后的共同原理。

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-在'''发育生物学 Developmental Biology''' 中，斑图生成指的是'''细胞命运'''中复杂组织的产生过程。斑图生成由基因控制的。基因在斑图生成中所起的作用属于形态发生的一个方面，即由相似的基因演化出不同的生命结构，当下也属于演化发育生物学所探究的问题。模式生物黑腹果蝇（第一个应用到形态发生研究的物种）的胚胎的斑图生成过程和蝴蝶的眼点清楚地体现了这一机制，而后者的发育过程是标准（果蝇）机制的一种变体。
+在'''发育生物学 Developmental Biology'''中，斑图生成指的是'''细胞命运'''中复杂组织的产生过程。斑图生成由基因控制的。基因在斑图生成中所起的作用属于形态发生的一个方面，即由相似的基因演化出不同的生命结构，当下也属于演化发育生物学所探究的问题。模式生物黑腹果蝇（第一个应用到形态发生研究的物种）的胚胎的斑图生成过程和蝴蝶的眼点清楚地体现了这一机制，而后者的发育过程是标准（果蝇）机制的一种变体。
 ==实例==
-在生物、化学、物理和数学 <ref name=":2">Ball, 2009.</ref> 中都有斑图生成的实例，并且我们可以用'''计算机图形学 Computer Graphics''' 轻松地来模拟，下面依次进行介绍。
+在生物、化学、物理和数学 <ref name=":2">Ball, 2009.</ref> 中都有斑图生成的实例，并且我们可以用'''计算机图形学 Computer Graphics'''轻松地来模拟，下面依次进行介绍。
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-在发育生物学中，斑图生成描述了胚胎组织发育中最初相同的细胞逐步呈现出复杂形态和功能的机制。<ref name=":4">Ball, 2009. Shapes, pp. 261–290.</ref> 以果蝇为例，'''胚胎发育 Embryogenesis''' 涉及到细胞命运的协调控制。<ref name="Lai">{{cite journal |author=Eric C. Lai |title=Notch signaling: control of cell communication and cell fate |doi=10.1242/dev.01074 |pmid=14973298 |volume=131 |issue=5 |date=March 2004 |pages=965–73 |journal=Development|doi-access=free }}</ref><ref name="Tyler">{{cite journal |title=Cellular pattern formation during retinal regeneration: A role for homotypic control of cell fate acquisition |authors=Melinda J. Tyler, David A. Cameron|journal=Vision Research |volume=47 |issue=4 |pages=501–511 |year=2007 |doi=10.1016/j.visres.2006.08.025 |pmid=17034830}}</ref><ref name="Meinhard">{{cite web|title=Biological pattern formation: How cell[s] talk with each other to achieve reproducible pattern formation |author=Hans Meinhard |agency= Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen, Germany |url=http://www1.biologie.uni-hamburg.de/b-online/e28_1/pattern.htm |date=2001-10-26 }}</ref>斑图生成是由遗传基因所控制，通常涉及一个场中的每个细胞沿着形态发生素梯度感知和响应其位置，然后通过细胞信号通路进行短距离的细胞间通信以完善初始斑图。在此背景下，'''细胞场 A Field of Cells''' 是指通过响应同一组位置信息线索而影响其细胞命运的一组细胞。这个概念模型最早在20世纪60年代被描述为'''法旗模型 French Flag Model'''。<ref name=":5">{{cite journal |doi=10.1016/S0022-5193(69)80016-0 |author=Wolpert L |title=Positional information and the spatial pattern of cellular differentiation |journal=J. Theor. Biol. |volume=25 |issue=1 |pages=1–47 |date=October 1969 |pmid=4390734 }}</ref><ref name=":6">{{cite book |author=Wolpert, Lewis |title=Principles of development |publisher=Oxford University Press |location=Oxford [Oxfordshire] |year=2007 |isbn=978-0-19-927536-6 |edition=3rd |display-authors=etal}}</ref>更一般来说，生物体的形态是由'''进化发育生物学 Evolutionary Developmental Biology'''的机制，如改变胚胎中特定发育事件的时间和位置所决定的。<ref>{{cite journal |last1=Hall |first1=B. K. |title=Evo-Devo: evolutionary developmental mechanisms |journal=International Journal of Developmental Biology |date=2003 |volume=47 |issue=7–8 |pages=491–495 |pmid=14756324}}</ref>
+在发育生物学中，斑图生成描述了胚胎组织发育中最初相同的细胞逐步呈现出复杂形态和功能的机制。<ref name=":4">Ball, 2009. Shapes, pp. 261–290.</ref> 以果蝇为例，'''胚胎发育 Embryogenesis'''涉及到细胞命运的协调控制。<ref name="Lai">{{cite journal |author=Eric C. Lai |title=Notch signaling: control of cell communication and cell fate |doi=10.1242/dev.01074 |pmid=14973298 |volume=131 |issue=5 |date=March 2004 |pages=965–73 |journal=Development|doi-access=free }}</ref><ref name="Tyler">{{cite journal |title=Cellular pattern formation during retinal regeneration: A role for homotypic control of cell fate acquisition |authors=Melinda J. Tyler, David A. Cameron|journal=Vision Research |volume=47 |issue=4 |pages=501–511 |year=2007 |doi=10.1016/j.visres.2006.08.025 |pmid=17034830}}</ref><ref name="Meinhard">{{cite web|title=Biological pattern formation: How cell[s] talk with each other to achieve reproducible pattern formation |author=Hans Meinhard |agency= Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie, Tübingen, Germany |url=http://www1.biologie.uni-hamburg.de/b-online/e28_1/pattern.htm |date=2001-10-26 }}</ref>斑图生成是由遗传基因所控制，通常涉及一个场中的每个细胞沿着形态发生素梯度感知和响应其位置，然后通过细胞信号通路进行短距离的细胞间通信以完善初始斑图。在此背景下，'''细胞场 A Field of Cells'''是指通过响应同一组位置信息线索而影响其细胞命运的一组细胞。这个概念模型最早在20世纪60年代被描述为'''法旗模型 French Flag Model'''。<ref name=":5">{{cite journal |doi=10.1016/S0022-5193(69)80016-0 |author=Wolpert L |title=Positional information and the spatial pattern of cellular differentiation |journal=J. Theor. Biol. |volume=25 |issue=1 |pages=1–47 |date=October 1969 |pmid=4390734 }}</ref><ref name=":6">{{cite book |author=Wolpert, Lewis |title=Principles of development |publisher=Oxford University Press |location=Oxford [Oxfordshire] |year=2007 |isbn=978-0-19-927536-6 |edition=3rd |display-authors=etal}}</ref>更一般来说，生物体的形态是由'''进化发育生物学 Evolutionary Developmental Biology'''的机制，如改变胚胎中特定发育事件的时间和位置所决定的。<ref>{{cite journal |last1=Hall |first1=B. K. |title=Evo-Devo: evolutionary developmental mechanisms |journal=International Journal of Developmental Biology |date=2003 |volume=47 |issue=7–8 |pages=491–495 |pmid=14756324}}</ref>
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 ===化学===
-在化学和化学工程领域，斑图生成的研究进展良好，其中包括温度和浓度斑图。<ref name=":0">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=January 2009|title=Linear stability analysis of high- and low-dimensional models for describing mixing-limited pattern formation in homogeneous autocatalytic reactors|journal=Chemical Engineering Journal|volume=145|issue=3|pages=399–411|doi=10.1016/j.cej.2008.08.025|issn=1385-8947}}</ref>由'''伊利亚·[[普利高津]] Ilya Prigogine'''和其合作者开发的'''布鲁塞尔器 Brusselator'''模型就是一个展示出'''图灵不稳定性 Turing Instability'''的例子。<ref name=":14">Prigogine, I.; Nicolis, G. (1985), Hazewinkel, M.; Jurkovich, R.; Paelinck, J. H. P. (eds.), "Self-Organisation in Nonequilibrium Systems: Towards A Dynamics of Complexity", ''Bifurcation Analysis: Principles, Applications and Synthesis'', Springer Netherlands, pp. 3–12, doi:10.1007/978-94-009-6239-2_1, ISBN 9789400962392</ref>化学体系中的斑图生成通常涉及'''振荡化学动力学 Oscillatory Chemical Kinetics''' 或'''自催化反应 Autocatalytic Reactions'''，<ref name=":1">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=2008-01-19|title=Dynamic Simulation of Mixing-Limited Pattern Formation in Homogeneous Autocatalytic Reactions|journal=Chemical Product and Process Modeling|volume=3|issue=2|doi=10.2202/1934-2659.1135|issn=1934-2659}}</ref>如'''别洛乌索夫-扎波茨基反应 Belousov–Zhabotinsky Reaction'''或'''Briggs–Rauscher Reaction 布里格斯-劳舍反应'''。在工业应用中，如化学反应堆，斑图生成可能导致温度热点，进而会降低产量或造成灾害性安全问题，如热失控。<ref name=":15">{{Cite journal|last=Marwaha|first=Bharat|last2=Sundarram|first2=Sandhya|last3=Luss|first3=Dan|date=September 2004|title=Dynamics of Transversal Hot Zones in Shallow Packed-Bed Reactors†|journal=The Journal of Physical Chemistry B|volume=108|issue=38|pages=14470–14476|doi=10.1021/jp049803p|issn=1520-6106}}</ref><ref name=":0" /> 斑图生成的出现可以用底层的反应—扩散系统的数学建模与模拟来研究。<ref name=":0" /><ref name=":1" />
+在化学和化学工程领域，斑图生成的研究进展良好，其中包括温度和浓度斑图。<ref name=":0">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=January 2009|title=Linear stability analysis of high- and low-dimensional models for describing mixing-limited pattern formation in homogeneous autocatalytic reactors|journal=Chemical Engineering Journal|volume=145|issue=3|pages=399–411|doi=10.1016/j.cej.2008.08.025|issn=1385-8947}}</ref>由'''伊利亚·[[普利高津]] Ilya Prigogine'''和其合作者开发的'''布鲁塞尔器 Brusselator'''模型就是一个展示出'''图灵不稳定性 Turing Instability'''的例子。<ref name=":14">Prigogine, I.; Nicolis, G. (1985), Hazewinkel, M.; Jurkovich, R.; Paelinck, J. H. P. (eds.), "Self-Organisation in Nonequilibrium Systems: Towards A Dynamics of Complexity", ''Bifurcation Analysis: Principles, Applications and Synthesis'', Springer Netherlands, pp. 3–12, doi:10.1007/978-94-009-6239-2_1, ISBN 9789400962392</ref>化学体系中的斑图生成通常涉及'''振荡化学动力学 Oscillatory Chemical Kinetics'''或'''自催化反应 Autocatalytic Reactions'''，<ref name=":1">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=2008-01-19|title=Dynamic Simulation of Mixing-Limited Pattern Formation in Homogeneous Autocatalytic Reactions|journal=Chemical Product and Process Modeling|volume=3|issue=2|doi=10.2202/1934-2659.1135|issn=1934-2659}}</ref>如'''别洛乌索夫-扎波茨基反应 Belousov–Zhabotinsky Reaction'''或'''布里格斯-劳舍反应 Briggs–Rauscher Reaction'''。在工业应用中，如化学反应堆，斑图生成可能导致温度热点，进而会降低产量或造成灾害性安全问题，如热失控。<ref name=":15">{{Cite journal|last=Marwaha|first=Bharat|last2=Sundarram|first2=Sandhya|last3=Luss|first3=Dan|date=September 2004|title=Dynamics of Transversal Hot Zones in Shallow Packed-Bed Reactors†|journal=The Journal of Physical Chemistry B|volume=108|issue=38|pages=14470–14476|doi=10.1021/jp049803p|issn=1520-6106}}</ref><ref name=":0" /> 斑图生成的出现可以用底层的反应—扩散系统的数学建模与模拟来研究。<ref name=":0" /><ref name=":1" />
 * '''别洛乌索夫-扎波茨基反应（[[BZ反应]]）'''是一类作为非平衡热力学经典例子的反应，会促成非线性化学振荡器的建立。（这些振子中唯一共同的元素是溴和酸。）这类反应对于理论化学很重要，因为它们表明化学反应不必受平衡热力学行为的支配。这些反应远未达到平衡，并在相当长的一段时间内保持非平衡状态，并无序地发展。从这个意义上说，它们为非平衡的生物学现象（需要澄清？）提供了一个有价值的化学模型；因此，[[BZ反应]]本身的数学模型和模拟具有理论意义，揭示某类现象作为噪声驱动的秩序的性质。

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 在化学和化学工程领域，斑图生成的研究进展良好，其中包括温度和浓度斑图。<ref name=":0">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=January 2009|title=Linear stability analysis of high- and low-dimensional models for describing mixing-limited pattern formation in homogeneous autocatalytic reactors|journal=Chemical Engineering Journal|volume=145|issue=3|pages=399–411|doi=10.1016/j.cej.2008.08.025|issn=1385-8947}}</ref>由'''伊利亚·[[普利高津]] Ilya Prigogine'''和其合作者开发的'''布鲁塞尔器 Brusselator'''模型就是一个展示出'''图灵不稳定性 Turing Instability'''的例子。<ref name=":14">Prigogine, I.; Nicolis, G. (1985), Hazewinkel, M.; Jurkovich, R.; Paelinck, J. H. P. (eds.), "Self-Organisation in Nonequilibrium Systems: Towards A Dynamics of Complexity", ''Bifurcation Analysis: Principles, Applications and Synthesis'', Springer Netherlands, pp. 3–12, doi:10.1007/978-94-009-6239-2_1, ISBN 9789400962392</ref>化学体系中的斑图生成通常涉及'''振荡化学动力学 Oscillatory Chemical Kinetics''' 或'''自催化反应 Autocatalytic Reactions'''，<ref name=":1">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=2008-01-19|title=Dynamic Simulation of Mixing-Limited Pattern Formation in Homogeneous Autocatalytic Reactions|journal=Chemical Product and Process Modeling|volume=3|issue=2|doi=10.2202/1934-2659.1135|issn=1934-2659}}</ref>如'''别洛乌索夫-扎波茨基反应 Belousov–Zhabotinsky Reaction'''或'''Briggs–Rauscher Reaction 布里格斯-劳舍反应'''。在工业应用中，如化学反应堆，斑图生成可能导致温度热点，进而会降低产量或造成灾害性安全问题，如热失控。<ref name=":15">{{Cite journal|last=Marwaha|first=Bharat|last2=Sundarram|first2=Sandhya|last3=Luss|first3=Dan|date=September 2004|title=Dynamics of Transversal Hot Zones in Shallow Packed-Bed Reactors†|journal=The Journal of Physical Chemistry B|volume=108|issue=38|pages=14470–14476|doi=10.1021/jp049803p|issn=1520-6106}}</ref><ref name=":0" /> 斑图生成的出现可以用底层的反应—扩散系统的数学建模与模拟来研究。<ref name=":0" /><ref name=":1" />
-* '''别洛乌索夫-扎波茨基反应（[[BZ反应]]）'''是一类作为非平衡热力学经典例子的反应，会促成非线性化学振荡器的建立。（这些振子中唯一共同的元素是溴和酸。）这类反应对于理论化学很重要，因为它们表明化学反应不必受平衡热力学行为的支配。这些反应远未达到平衡，并在相当长的一段时间内保持非平衡状态，并无序地发展。从这个意义上说，它们为非平衡的生物学现象（需要澄清？）提供了一个有价值的化学模型；因此，BZ反应本身的数学模型和模拟具有理论意义，揭示某类现象作为噪声驱动的秩序的性质。
+* '''别洛乌索夫-扎波茨基反应（[[BZ反应]]）'''是一类作为非平衡热力学经典例子的反应，会促成非线性化学振荡器的建立。（这些振子中唯一共同的元素是溴和酸。）这类反应对于理论化学很重要，因为它们表明化学反应不必受平衡热力学行为的支配。这些反应远未达到平衡，并在相当长的一段时间内保持非平衡状态，并无序地发展。从这个意义上说，它们为非平衡的生物学现象（需要澄清？）提供了一个有价值的化学模型；因此，[[BZ反应]]本身的数学模型和模拟具有理论意义，揭示某类现象作为噪声驱动的秩序的性质。
-BZ反应的一个本质内容就是所谓的“可激发性”；在刺激因素的影响下，斑图可以在原本完全静止的介质中形成。一些时钟反应，如Briggs-Rauscher和BZ，使用三（联吡啶）氯化钌作为催化剂，可以在光的影响下激发产生自组织活动。
+[[BZ反应]]的一个本质内容就是所谓的“可激发性”；在刺激因素的影响下，斑图可以在原本完全静止的介质中形成。一些时钟反应，如Briggs-Rauscher和[[BZ]]，使用三（联吡啶）氯化钌作为催化剂，可以在光的影响下激发产生自组织活动。

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 ===化学===
-在化学和化学工程领域，斑图生成的研究进展良好，其中包括温度和浓度斑图。<ref name=":0">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=January 2009|title=Linear stability analysis of high- and low-dimensional models for describing mixing-limited pattern formation in homogeneous autocatalytic reactors|journal=Chemical Engineering Journal|volume=145|issue=3|pages=399–411|doi=10.1016/j.cej.2008.08.025|issn=1385-8947}}</ref>由'''伊利亚·普利高津 Ilya Prigogine'''和其合作者开发的'''布鲁塞尔器 Brusselator'''模型就是一个展示出'''图灵不稳定性 Turing Instability'''的例子。<ref name=":14">Prigogine, I.; Nicolis, G. (1985), Hazewinkel, M.; Jurkovich, R.; Paelinck, J. H. P. (eds.), "Self-Organisation in Nonequilibrium Systems: Towards A Dynamics of Complexity", ''Bifurcation Analysis: Principles, Applications and Synthesis'', Springer Netherlands, pp. 3–12, doi:10.1007/978-94-009-6239-2_1, ISBN 9789400962392</ref>化学体系中的斑图生成通常涉及'''振荡化学动力学 Oscillatory Chemical Kinetics''' 或'''自催化反应 Autocatalytic Reactions'''，<ref name=":1">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=2008-01-19|title=Dynamic Simulation of Mixing-Limited Pattern Formation in Homogeneous Autocatalytic Reactions|journal=Chemical Product and Process Modeling|volume=3|issue=2|doi=10.2202/1934-2659.1135|issn=1934-2659}}</ref>如'''别洛乌索夫-扎波茨基反应 Belousov–Zhabotinsky Reaction'''或'''Briggs–Rauscher Reaction 布里格斯-劳舍反应'''。在工业应用中，如化学反应堆，斑图生成可能导致温度热点，进而会降低产量或造成灾害性安全问题，如热失控。<ref name=":15">{{Cite journal|last=Marwaha|first=Bharat|last2=Sundarram|first2=Sandhya|last3=Luss|first3=Dan|date=September 2004|title=Dynamics of Transversal Hot Zones in Shallow Packed-Bed Reactors†|journal=The Journal of Physical Chemistry B|volume=108|issue=38|pages=14470–14476|doi=10.1021/jp049803p|issn=1520-6106}}</ref><ref name=":0" /> 斑图生成的出现可以用底层的反应—扩散系统的数学建模与模拟来研究。<ref name=":0" /><ref name=":1" />
+在化学和化学工程领域，斑图生成的研究进展良好，其中包括温度和浓度斑图。<ref name=":0">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=January 2009|title=Linear stability analysis of high- and low-dimensional models for describing mixing-limited pattern formation in homogeneous autocatalytic reactors|journal=Chemical Engineering Journal|volume=145|issue=3|pages=399–411|doi=10.1016/j.cej.2008.08.025|issn=1385-8947}}</ref>由'''伊利亚·[[普利高津]] Ilya Prigogine'''和其合作者开发的'''布鲁塞尔器 Brusselator'''模型就是一个展示出'''图灵不稳定性 Turing Instability'''的例子。<ref name=":14">Prigogine, I.; Nicolis, G. (1985), Hazewinkel, M.; Jurkovich, R.; Paelinck, J. H. P. (eds.), "Self-Organisation in Nonequilibrium Systems: Towards A Dynamics of Complexity", ''Bifurcation Analysis: Principles, Applications and Synthesis'', Springer Netherlands, pp. 3–12, doi:10.1007/978-94-009-6239-2_1, ISBN 9789400962392</ref>化学体系中的斑图生成通常涉及'''振荡化学动力学 Oscillatory Chemical Kinetics''' 或'''自催化反应 Autocatalytic Reactions'''，<ref name=":1">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=2008-01-19|title=Dynamic Simulation of Mixing-Limited Pattern Formation in Homogeneous Autocatalytic Reactions|journal=Chemical Product and Process Modeling|volume=3|issue=2|doi=10.2202/1934-2659.1135|issn=1934-2659}}</ref>如'''别洛乌索夫-扎波茨基反应 Belousov–Zhabotinsky Reaction'''或'''Briggs–Rauscher Reaction 布里格斯-劳舍反应'''。在工业应用中，如化学反应堆，斑图生成可能导致温度热点，进而会降低产量或造成灾害性安全问题，如热失控。<ref name=":15">{{Cite journal|last=Marwaha|first=Bharat|last2=Sundarram|first2=Sandhya|last3=Luss|first3=Dan|date=September 2004|title=Dynamics of Transversal Hot Zones in Shallow Packed-Bed Reactors†|journal=The Journal of Physical Chemistry B|volume=108|issue=38|pages=14470–14476|doi=10.1021/jp049803p|issn=1520-6106}}</ref><ref name=":0" /> 斑图生成的出现可以用底层的反应—扩散系统的数学建模与模拟来研究。<ref name=":0" /><ref name=":1" />
-* '''别洛乌索夫-扎波茨基反应（BZ 反应）'''是一类作为非平衡热力学经典例子的反应，会促成非线性化学振荡器的建立。（这些振子中唯一共同的元素是溴和酸。）这类反应对于理论化学很重要，因为它们表明化学反应不必受平衡热力学行为的支配。这些反应远未达到平衡，并在相当长的一段时间内保持非平衡状态，并无序地发展。从这个意义上说，它们为非平衡的生物学现象（需要澄清？）提供了一个有价值的化学模型；因此，BZ反应本身的数学模型和模拟具有理论意义，揭示某类现象作为噪声驱动的秩序的性质。
+* '''别洛乌索夫-扎波茨基反应（[[BZ反应]]）'''是一类作为非平衡热力学经典例子的反应，会促成非线性化学振荡器的建立。（这些振子中唯一共同的元素是溴和酸。）这类反应对于理论化学很重要，因为它们表明化学反应不必受平衡热力学行为的支配。这些反应远未达到平衡，并在相当长的一段时间内保持非平衡状态，并无序地发展。从这个意义上说，它们为非平衡的生物学现象（需要澄清？）提供了一个有价值的化学模型；因此，BZ反应本身的数学模型和模拟具有理论意义，揭示某类现象作为噪声驱动的秩序的性质。

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	{{Short description\|Study of how patterns form by self-organization in nature}}		{{Short description\|Study of how patterns form by self-organization in nature}}
−	[[File:220px--Self-organizing-Mechanism-for-Development-of-Space-filling-Neuronal-Dendrites-pcbi.0030212.sv003.ogv.jpg\|thumb\|~~Pattern formation in a [[computational model]] of [[dendrite]] growth.\|链接=Special:FilePath/Self-organizing-Mechanism-for-Development-of-Space-filling-Neuronal-Dendrites-pcbi.0030212.sv003.ogv~~]]	+	[[File:220px--Self-organizing-Mechanism-for-Development-of-Space-filling-Neuronal-Dendrites-pcbi.0030212.sv003.ogv.jpg\|thumb\|树突生长计算模型中的模式形成。]]

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-[[File:f1fd5fef1303d871b2c4a3ed0c719af1.png|100px|thumb|right|从涌现到斑图|集智学园]]
+[[File:f1fd5fef1303d871b2c4a3ed0c719af1.png|300px|thumb|right|从涌现到斑图|集智学园]]
 [https://campus.swarma.org/mobile/course/1116 从涌现到斑图]
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 ====[https://campus.swarma.org/mobile/course/1653 Pattern Formation]====
-[[File:3f1adaf0efe93ae4fa29633d16ff6ea9.png|thumb|right|200px|David Feldman]]
+[[File:3f1adaf0efe93ae4fa29633d16ff6ea9.jpg |thumb|right|300px|David Feldman]]
 课程难度为中级，由David Feldman讲授。本节课程将主要围绕反应-扩散系统 reaction-diffusion systems，一种斑图生成 pattern formation动力学系统，说明了简单的动力学系统可以生成奇怪吸引子，无序或看起来无序的行为，蝴蝶效应，以及惊人复杂的模式。

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 ====菌落生长====
-细菌菌落在生长过程中形成的斑图种类繁多，其形状取决于生长环境。特别是包括培养基环境的严酷程度、营养物质的缺乏等在内的各种外部压力，会增强了所产生斑图的复杂性。<ref name=":9">Ball, 2009. ''Branches'', pp. 52–59.</ref> 对于其他生物，如粘液霉菌，则显示出由化学信号动力学驱动的非同寻常的斑图。<ref name=":10">Ball, 2009. ''Shapes'', pp. 149–151.</ref>细胞体现(延伸和粘附)也会对发育模式产生影响。<ref name=":11">Duran-Nebreda, Salva; Pla, Jordi; Vidiella, Blai; Piñero, Jordi; Conde-Pueyo, Nuria; Solé, Ricard (2021-01-15). "Synthetic Lateral Inhibition in Periodic Pattern Forming Microbial Colonies". ''ACS Synthetic Biology''. '''10''' (2): 277–285. doi:10.1021/acssynbio.0c00318. ISSN 2161-5063.</ref>
+细菌菌落在生长过程中形成的斑图种类繁多，其形状取决于生长环境。特别是包括培养基环境的严酷程度、营养物质的缺乏等在内的各种外部压力，会增强了所产生斑图的复杂性。<ref name=":9">Ball, 2009. ''Branches'', pp. 52–59.</ref> 对于其他生物，如粘液霉菌，则显示出由化学信号动力学驱动的非同寻常的斑图。<ref name=":10">Ball, 2009. ''Shapes'', pp. 149–151.</ref>细胞体现（延伸和粘附）也会对发育模式产生影响。<ref name=":11">Duran-Nebreda, Salva; Pla, Jordi; Vidiella, Blai; Piñero, Jordi; Conde-Pueyo, Nuria; Solé, Ricard (2021-01-15). "Synthetic Lateral Inhibition in Periodic Pattern Forming Microbial Colonies". ''ACS Synthetic Biology''. '''10''' (2): 277–285. doi:10.1021/acssynbio.0c00318. ISSN 2161-5063.</ref>
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 在化学和化学工程领域，斑图生成的研究进展良好，其中包括温度和浓度斑图。<ref name=":0">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=January 2009|title=Linear stability analysis of high- and low-dimensional models for describing mixing-limited pattern formation in homogeneous autocatalytic reactors|journal=Chemical Engineering Journal|volume=145|issue=3|pages=399–411|doi=10.1016/j.cej.2008.08.025|issn=1385-8947}}</ref>由'''伊利亚·普利高津 Ilya Prigogine'''和其合作者开发的'''布鲁塞尔器 Brusselator'''模型就是一个展示出'''图灵不稳定性 Turing Instability'''的例子。<ref name=":14">Prigogine, I.; Nicolis, G. (1985), Hazewinkel, M.; Jurkovich, R.; Paelinck, J. H. P. (eds.), "Self-Organisation in Nonequilibrium Systems: Towards A Dynamics of Complexity", ''Bifurcation Analysis: Principles, Applications and Synthesis'', Springer Netherlands, pp. 3–12, doi:10.1007/978-94-009-6239-2_1, ISBN 9789400962392</ref>化学体系中的斑图生成通常涉及'''振荡化学动力学 Oscillatory Chemical Kinetics''' 或'''自催化反应 Autocatalytic Reactions'''，<ref name=":1">{{Cite journal|last=Gupta|first=Ankur|last2=Chakraborty|first2=Saikat|date=2008-01-19|title=Dynamic Simulation of Mixing-Limited Pattern Formation in Homogeneous Autocatalytic Reactions|journal=Chemical Product and Process Modeling|volume=3|issue=2|doi=10.2202/1934-2659.1135|issn=1934-2659}}</ref>如'''别洛乌索夫-扎波茨基反应 Belousov–Zhabotinsky Reaction'''或'''Briggs–Rauscher Reaction 布里格斯-劳舍反应'''。在工业应用中，如化学反应堆，斑图生成可能导致温度热点，进而会降低产量或造成灾害性安全问题，如热失控。<ref name=":15">{{Cite journal|last=Marwaha|first=Bharat|last2=Sundarram|first2=Sandhya|last3=Luss|first3=Dan|date=September 2004|title=Dynamics of Transversal Hot Zones in Shallow Packed-Bed Reactors†|journal=The Journal of Physical Chemistry B|volume=108|issue=38|pages=14470–14476|doi=10.1021/jp049803p|issn=1520-6106}}</ref><ref name=":0" /> 斑图生成的出现可以用底层的反应—扩散系统的数学建模与模拟来研究。<ref name=":0" /><ref name=":1" />
-* '''别洛乌索夫-扎波茨基反应(BZ 反应)'''是一类作为非平衡热力学经典例子的反应，会促成非线性化学振荡器的建立。（这些振子中唯一共同的元素是溴和酸。）这类反应对于理论化学很重要，因为它们表明化学反应不必受平衡热力学行为的支配。这些反应远未达到平衡，并在相当长的一段时间内保持非平衡状态，并无序地发展。从这个意义上说，它们为非平衡的生物学现象(需要澄清？)提供了一个有价值的化学模型；因此，BZ反应本身的数学模型和模拟具有理论意义，揭示某类现象作为噪声驱动的秩序的性质。
+* '''别洛乌索夫-扎波茨基反应（BZ 反应）'''是一类作为非平衡热力学经典例子的反应，会促成非线性化学振荡器的建立。（这些振子中唯一共同的元素是溴和酸。）这类反应对于理论化学很重要，因为它们表明化学反应不必受平衡热力学行为的支配。这些反应远未达到平衡，并在相当长的一段时间内保持非平衡状态，并无序地发展。从这个意义上说，它们为非平衡的生物学现象（需要澄清？）提供了一个有价值的化学模型；因此，BZ反应本身的数学模型和模拟具有理论意义，揭示某类现象作为噪声驱动的秩序的性质。
-BZ反应的一个本质内容就是所谓的“可激发性”；在刺激因素的影响下，斑图可以在原本完全静止的介质中形成。一些时钟反应，如Briggs-Rauscher和BZ，使用三(联吡啶)氯化钌作为催化剂，可以在光的影响下激发产生自组织活动。
+BZ反应的一个本质内容就是所谓的“可激发性”；在刺激因素的影响下，斑图可以在原本完全静止的介质中形成。一些时钟反应，如Briggs-Rauscher和BZ，使用三（联吡啶）氯化钌作为催化剂，可以在光的影响下激发产生自组织活动。
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-在几何学中，球填充是在一个包含空间内不重叠的球的排列。球通常都具有相同的尺寸，填充空间一般指三维的欧几里得空间。然而，球填充问题可以推广到不相等的球、其他维度的空间(二维的问题变成圆填充，高维的问题变成超球填充)或非欧几里得空间，如双曲空间。
+在几何学中，球填充是在一个包含空间内不重叠的球的排列。球通常都具有相同的尺寸，填充空间一般指三维的欧几里得空间。然而，球填充问题可以推广到不相等的球、其他维度的空间（二维的问题变成圆填充，高维的问题变成超球填充）或非欧几里得空间，如双曲空间。