Галстук-бабочка (биология)

В биологических науках термин « галстук-бабочка » (так его называют из-за его формы) является недавней концепцией, которая пытается уловить суть некоторых операционных и функциональных структур, наблюдаемых в биологических организмах и других видах сложных и самоорганизующихся систем. В целом, архитектуры «галстука-бабочки» относятся к упорядоченным и повторяющимся структурам, которые часто лежат в основе сложных технологических или биологических систем и которые способны придавать им баланс между эффективностью, надежностью и эволюционируемостью. Другими словами, «галстуки-бабочки» способны учитывать большое разнообразие входов (разветвляясь в узел), показывая гораздо меньшее разнообразие протоколов и процессов (узел ) , способных обрабатывать эти входы, и, наконец, чрезвычайно неоднородное разнообразие выходов (разветвляясь из «галстука-бабочки»). Таким образом, эти архитектуры управляют широким спектром входов через ядро (узел), состоящее из ограниченного числа элементов. В таких структурах входные данные передаются в своего рода воронку, в ядро «синтеза», где они могут быть надлежащим образом организованы, обработаны и управляемы с помощью протоколов [1], и откуда, в свою очередь, распространяются различные выходные данные или ответы.

Согласно Чете и Дойлу, ^[1] галстуки-бабочки способны оптимально организовывать потоки массы, энергии, сигналов в общей структуре, которая вынужденно имеет дело с сильно колеблющейся и «небрежной» средой. С биологической точки зрения галстук-бабочка управляет большим веером стимулов (входных данных), он учитывает «сжатое» ядро , и он снова выражает большой веер возможных фенотипов , продуктов метаболизма или — в более общем смысле — многоразовых модулей . Архитектуры галстуков-бабочек наблюдались в структурной организации в разных масштабах живых и развивающихся организмов (например, бактериальная сеть метаболизма ^[1]^[2]^[3] ), а также в технологических и динамических системах (например, Интернет ^[4] ). Галстуки-бабочки, по-видимому, способны опосредовать компромиссы между надежностью и эффективностью, в то же время гарантируя системе способность к развитию. И наоборот, та же эффективная архитектура может быть подвержена и уязвима к неустойчивости из-за определенных изменений, возмущений и целенаправленных атак, направленных против основного набора модулей и протоколов. Архитектура «галстук-бабочка» является одной из нескольких различных структур и принципов функционирования, которые использует живая материя для достижения самоорганизации и эффективной эксплуатации доступных ресурсов. ^[5]

Ссылки

^ ab Csete M, Doyle J (2004). «Галстуки-бабочки, метаболизм и болезни». Trends Biotechnol . 22 (9): 446–50. doi :10.1016/j.tibtech.2004.07.007. PMID 15331224.
^ Ma HW, Zeng AP (2003). «Структура связности, гигантский сильный компонент и центральность метаболических сетей». Биоинформатика . 19 (11): 1423–30. doi : 10.1093/bioinformatics/btg177 . PMID 12874056.
^ Zhao J, Yu H, Luo JH, Cao ZW, Li YX (2006). "Иерархическая модульность вложенных галстуков-бабочек в метаболических сетях". BMC Bioinformatics . 7 : 386. doi : 10.1186/1471-2105-7-386 . PMC 1560398. PMID 16916470 .
^ Бродер А. , Кумар Р., Магхул Ф., Рагхаван П. , Раджагопалан С., Стата Р. , Томкинс А., Винер Дж. (2000). «Структура графа в Интернете». Компьютерные сети . 33 (1–6): 309–20. doi :10.1016/S1389-1286(00)00083-9.
^ Tieri P, Grignolio A, Zaikin A, Mishto M, Remondini D, Castellani GC, Franceschi C (2010). «Сеть, вырождение и галстук-бабочка, интегрирующие парадигмы и архитектуры для понимания сложности иммунной системы». Theor Biol Med Model . 7 : 32. doi : 10.1186/1742-4682-7-32 . PMC 2927512. PMID 20701759 .

[pmid15331224-1] Csete M, Doyle J (2004). «Галстуки-бабочки, метаболизм и болезни». Trends Biotechnol . 22 (9): 446–50. doi :10.1016/j.tibtech.2004.07.007. PMID 15331224.

[PMID12874056-2] Ma HW, Zeng AP (2003). «Структура связности, гигантский сильный компонент и центральность метаболических сетей». Биоинформатика . 19 (11): 1423–30. doi : 10.1093/bioinformatics/btg177 . PMID 12874056.

[PMID16916470-3] Zhao J, Yu H, Luo JH, Cao ZW, Li YX (2006). "Иерархическая модульность вложенных галстуков-бабочек в метаболических сетях". BMC Bioinformatics . 7 : 386. doi : 10.1186/1471-2105-7-386 . PMC 1560398. PMID 16916470 .

[10.1016/S1389-1286(00)00083-9-4] Бродер А. , Кумар Р., Магхул Ф., Рагхаван П. , Раджагопалан С., Стата Р. , Томкинс А., Винер Дж. (2000). «Структура графа в Интернете». Компьютерные сети . 33 (1–6): 309–20. doi :10.1016/S1389-1286(00)00083-9.

[pmid20701759-5] Tieri P, Grignolio A, Zaikin A, Mishto M, Remondini D, Castellani GC, Franceschi C (2010). «Сеть, вырождение и галстук-бабочка, интегрирующие парадигмы и архитектуры для понимания сложности иммунной системы». Theor Biol Med Model . 7 : 32. doi : 10.1186/1742-4682-7-32 . PMC 2927512. PMID 20701759 .