生物適應性背後的基本網路結構

我們都曾有進入陰暗房間中，需要一段時間才能看清楚環境的經驗，也都知道是藉由調節瞳孔的縮放來達成對光線的適應。其實「適應性」在生物中還有很多例子，源自各自不同的機制，可能是特定的神經迴路，也可能是蛋白質之間的交互作用。這些生理現象看似截然不同，卻同樣能達到「適應」的功能，他們之間是否有什麼相似之處？五光十色的生物世界，是否也能歸納分析出一套共同遵循的規則？

透過電腦模擬及數學證明，這篇研究指出俱有適應性的系統必須包含特定的網路結構：在一個由三個節點構成的網路中，具有「負回饋迴路加上緩衝節點（Negative Feedback Loop with a Buffer Node, NFBLN）」或「不同調的前饋迴路（Incoherent Feedforward Loop with a Proportioner Node, IFFLP）」。

研究者首先窮舉了三個節點可能構成的一萬六千多種網路，對每個網路做一萬組的參數採樣，並選擇一定比例以上的參數組合能產生適應功能的網路來分析。這些具有適應性的網路都符合以上兩個規則之一。接著他們證明：由於每個節點在每個時刻的變化是由三個節點（包括自己）的輸入決定，因此可由類似座標轉換中的Jacobian Matrix來表示，而這個矩陣的行列式須有幾個特性，此網路才會有適應性；而NFBLN與IFFLP的網路，正是達成這幾個特性的先決條見。

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撰文者：李宛儒

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原始論文：
W. Ma, et al. “Defining Network Topologies that Can Achieve Biochemical Adaptation.” Cell (2009)

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