同步振荡器的复杂动力学
集智斑图顶刊论文速递栏目上线以来，持续收录来自 Nature、Science 等顶刊的最新论文，追踪复杂系统、网络科学、计算社会科学等领域的前沿进展。现在正式推出订阅功能，每周通过微信服务号「集智斑图」推送论文信息。
扫描下方二维码，关注 " 集智斑图 " 服务号，即可订阅 Complexity Express：
Complexity Express 一周论文精选
以下是 2022 年 5 月 23 日 -5 月 29 日来自 Complexity Express 的复杂性科学论文精选。如果 Complexity Express 列表中有你感兴趣的论文，欢迎点赞推荐，我们会优先组织解读 ~
目录：
同步振荡器的复杂动力学
张量格点场论在重整化和量子计算中的应用
RNA 速度与深度学习方法揭示细胞周期基因调控动力学
利用染色质相分离技术生成动态三维基因组结构
适应度的遗传变异表明野生动物的当代迅速适应性演化
对他人特质的神经表征预测社会决策
及时减轻气候破坏：避免长期和短期全球变暖的自洽方法
大规模的微生物组数据集成使生物标志物识别更加可靠
1. 同步振荡器的复杂动力学
论文题目：Complex dynamics in a synchronized cell-free genetic clock
论文来源：Nature Communications
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30478-2
在整个生物界，包括细菌、真菌、植物、昆虫和人类在内的生物体，都通过昼夜节律钟来调节昼夜周期。测量时间的能力被认为具有确切的演化优势。在分子水平上，生物钟通常由与外界授时因子信号同步的耦合基因振荡器组成。对各种昼夜振荡器的理论研究预测，受迫系统和自由耦合系统都表现出分叉、周期倍增和混沌等非线性现象。
之前在计算模型中已经发现生物钟这种现象，但在生物系统中的对其进行实验研究一直颇具挑战性。本文提出在微流控反应器中操作的、受迫无细胞基因振荡器周期倍增的实验证据，其中通过调节振荡器的一个组件的浓度，系统周期性地受到扰动。当外部驱动与内在周期相匹配时，实验发现振荡器动力学的周期是原来的两倍和四倍。这一结果与理论模型预测非常接近，模型还提出了该系统在哪些条件下会表现出混沌动力学。该研究表明，外在和内在周期的失谐会导致更稳定的同步，这表明同步合成和天然遗传钟的一种简单设计原理。
图：基因振荡器电路和实验装置。合成基因振荡器的（a）简单和（b）详细电路图，（c）环形微流控反应器。
2. 张量格点场论
在重整化和量子计算中的应用
论文题目：Tensor lattice field theory for renormalization and quantum computing
论文来源：Reviews of Modern Physics
论文链接：https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.94.025005
论文讨论了在格点量子色动力学（lattice QCD）背景下研究的一系列模型的统计取样的优越性和局限性，并强调需要新的方法来处理有限密度和实时演化。研究表明，这些格点模型可以用张量方法重新表述，其中路径积分中的场积分被离散求和取代。这些公式涉及各种类型的对偶性，并提供精确的粗粒度公式，可以与截断相结合，以实现 Wilson 重整化群程序。张量重构天然是离散的，并提供可管理的转移矩阵。截断与时间连续极限相结合，得出适合于进行量子模拟实验的哈密顿量，例如使用冷原子，或在现有量子计算机上编程。论文回顾了关于张量场理论处理非紧凑标量模型、超对称模型、经济的四维算法、高斯定律的噪声鲁棒执行、对称性保存的截断和拓扑学考虑的最新进展，还讨论了与其他张量网络方法的联系。
图：三维空间中的基本张量。局部张量的六个指数显示为较粗的线条（红色线条），从格子中心部位的球体发出，沿着格点的连线存在。
3.RNA 速度与深度学习方法
揭示细胞周期基因调控动力学
论文题目：Cell cycle gene regulation dynamics revealed by RNA velocity and deep-learning
论文来源：Nature Communications
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-30545-8
上一篇：国际生物多样性日丨走进秦岭 探秘“世界生物基
下一篇：华大基因CEO赵立见到访三亚南山村，华大助力创