细胞的经济生命

　　东京大学的一个研究小组将经济理论与生物学结合起来，以了解自然系统如何应对变化。研究人员注意到消费者的购物行为与代谢系统的行为之间存在相似之处，代谢系统将食物转化为我们体内的能量。研究小组通过使用一种叫做斯卢茨基方程的经济工具，专注于预测不同的代谢系统对环境变化的反应。

　　

东京大学的一个研究小组将经济理论与生物学结合起来，了解自然系统如何应对变化。研究人员注意到消费者的购物行为与代谢系统的行为之间存在相似之处，代谢系统将食物转化为我们体内的能量。研究小组通过使用一种叫做斯卢茨基方程的经济工具，专注于预测不同的代谢系统对环境变化的反应。他们的计算表明，非常不同的代谢系统实际上共享以前未知的普遍特性，并且可以使用其他学术领域的工具来理解。代谢过程用于药物开发、生物工程、食品生产和其他行业，因此能够预测这些系统如何对变化做出反应可以提供许多好处。

你从哪里获得能量?也许是一个漫长的夜晚，或者一顿丰盛的早餐和一些运动?这些活动都有帮助，因为它们支持健康的新陈代谢，即我们的身体将食物和饮料转化为能量的化学过程。了解个体代谢反应的行为并预测它们在不同情况下的变化是一个巨大的挑战。有成千上万种不同的反应使我们能够行动、思考、成长——简而言之，使我们能够生存。近年来，通过数值模拟来预测某些反应已经成为可能，但这需要大量的数据。然而，东京大学的研究人员通过将微观经济学理论应用于他们的数据，得出了以前未知的代谢系统的普遍特性。

“在这项研究之前，我们认为代谢系统在物种和细胞类型之间差异很大，以至于它们之间没有共同的特性，”艺术与科学研究生院的助理教授Tetsuhiro Hatakeyama解释说。“然而，我们非常兴奋地证明，所有的代谢系统都具有普遍的特性，这些特性可以用非常简单的定律来表达。”根据研究人员的说法，这一理论不需要像其他方法那样收集那么多详细的背景数据。无论你是想了解细胞中所有代谢过程的行为，还是只关注一个部分——比如，它消耗了多少氧气，它都可以有效地应用。

生物物理学家Hatakeyama在观察一些代谢系统图时，注意到它们与经济学中使用的图表有着惊人的相似之处。这一认识激发了他尝试跨学科的方法，并将他短暂学习过的经济学理论应用到他的生物学研究中。他与同一实验室的研究生Yamagishi Jumpei一起决定探索消费者和细胞如何优化他们的“支出”以获得最大收益:我们作为消费者花钱，细胞“花费”营养。他们推断，如果在这方面存在相似之处，那么用于识别在不断变化的金融状况下消费者行为模式的相同理论，或许也可以识别在不断变化的环境下细胞代谢行为模式。

更具体地说，研究人员关注的是用来理解消费者需求变化的斯卢茨基方程。特别是，它被用来理解所谓的吉芬商品，这种商品在价格上涨时需求上升，在价格下降时需求下降，这与直觉相反。根据Hatakeyama的说法，这类似于细胞对干扰的代谢行为。例如，随着药物剂量(“价格”)的增加，癌细胞的呼吸需求(在这种情况下是吉芬商品)会上升，这与直觉相反，尽管这不利于癌症的生长速度。结果是，研究小组发现了代谢系统如何应对变化的普遍规律。

这一定律的一个关键好处是，它可以用来了解鲜为人知的代谢系统。Hatakeyama说:“代谢系统的紊乱会导致各种疾病，我们的研究可以用来为那些治疗方法尚不完全清楚的疾病提出新的治疗策略。此外，许多食物和药物都是利用生物体的代谢系统制成的。通过应用本研究中发现的简单方程，我们可以知道如何增加用这些系统生产的产品的产量。”作者希望，通过进一步的跨学科研究，可能会发现更多的普遍规律，从而带来各种有用的应用。

文章标题

Linear Response Theory of Evolved Metabolic Systems