Anatomie und Physiologie: Aktuelle Forschung
Offener Zugang

Abstrakt

Verwendung des Katastrophenmodells zur vorläufigen Erforschung der Prinzipien mehrzelliger Organismen

Zheming Cao, Weidong Ding, Jun Qiang, Meiyao Wang, Haojun Zhu,

Thermodynamische Studien betrachten Lebewesen als dissipative Strukturen. Organismen erhalten und entwickeln eine geordnete Struktur, indem sie Materie, Energie und Entropie mit der Umgebung austauschen und so Leben und Wachstum aufrechterhalten. Für eine einzelne Zelle sind Temperatur, Volumen, Inhaltskonzentration und Inhaltskomplexität vier Kontrollvariablen. Bei warmblütigen Tieren werden sowohl Temperatur als auch Inhaltskonzentration als konstant angenommen und nur Volumen und Inhaltskomplexität, d. h. verschiedene Proteine, Nukleinsäuren und kleine molekulare Substanzen in der Zelle und ihre Wechselwirkungen, werden als wirkende Variablen betrachtet. Daher sollte die potenzielle Funktion einer einzelnen Zelle dem Cusp-Katastrophenmodell entsprechen. Da die Studien zu den spezifischen mathematischen Modellen der Beziehung zwischen Volumen und Inhaltskomplexität nicht verfügbar sind, konnten wir keine spezifischen Methoden für die spezifischen Varianten der potenziellen Funktion dieses Cusp-Katastrophenmodells vorschlagen. Wir konnten nur unsere ungefähren Ergebnisse basierend auf den grundlegenden Eigenschaften des Cusp-Katastrophenmodells präsentieren. Wir spekulierten, dass eine einzelne Zelle, wenn sie sich in einem stabilen Zustand befindet, keine Differenzierung, Dedifferenzierung und Teilung durchlaufen kann. Diese Verhaltensweisen treten nur auf, wenn die Zelle in einen instabilen Zustand gerät. Basierend auf dieser Spekulation haben wir somatische Zellen von Warmblütern in zwei Typen unterteilt, nämlich stabile Zellen und nicht-stationäre Zellen. Wenn wir einen Warmblüter als eine dissipative Gesamtstruktur betrachten, sollten seine Kontrollvariablen stationäre Zellen, nicht-stationäre Zellen und einen negativen Entropieeingang aufweisen. Wenn wir davon ausgehen, dass der negative Entropieeingang konstant ist, können der Anteil der nicht-stationären Zellen und die Gesamtzahl der Zellen als Kontrollvariablen der Potenzialfunktion verwendet werden. Bei Warmblütern entspricht ihre Potenzialfunktion auch dem Cusp-Catastrophe-Modell. Da es nur wenige Studien zur Beziehung zwischen dem Anteil der nicht-stationären Zellen und der Gesamtzahl der Zellen gibt, konnten wir keine spezifischen Methoden zur Variation der Potenzialfunktion dieses Cusp-Catastrophe-Modells vorschlagen. Wir konnten nur unsere ungefähren Ergebnisse gemäß den grundlegenden Merkmalen des Cusp-Catastrophe-Modells präsentieren. Wir spekulierten, dass sich Tiere als Individuen während ihrer Entwicklung in einem stabilen Zustand befinden sollten. Sobald sie in einen instabilen Zustand geraten, werden sie krank oder sterben. Beim Menschen nimmt der Anteil instabiler Zellen während des Wachstumsprozesses von der befruchteten Eizelle bis ins hohe Alter ab. Von der befruchteten Eizelle bis zum Erwachsenenalter nimmt die Gesamtzellzahl zu; im Alter jedoch beginnt die Gesamtzellzahl allmählich abzunehmen. Die gesamte Entwicklungskurve gerät allmählich in einen instabilen Zustand. Wir spekulierten, dass es für ältere Menschen den Tod bedeutet, wenn die Entwicklungskurve eines Menschen in einen instabilen Zustand gerät.