单物种单资源条件下微生物生态动力学的极简随机模型

微生物表现出复杂的动态行为，这是大量生化过程、时空相互作用、环境变化以及进化压力共同作用的结果。尽管在理解微生物生态动态方面已经取得了显著进展，但仍然存在许多悬而未决的问题，包括生长的微观机制以及营养物质和随机性的作用。 在本研究中，我们提出了一种最简理论方法，以阐明微生物对资源的消耗与其生长之间的联系。我们通过解析方法和蒙特卡罗计算机模拟，研究了一个随机模型：该模型描述单一微生物物种消耗单一类型资源，并通过细胞分裂实现生长。我们识别出由资源摄取速率、细胞分裂速率的相对大小以及初始条件所决定的三种截然不同的微生物生长动力学状态。我们还表明，当微生物或资源数量较低时，随机性会影响系统的动态行为。 该模型重现了Monod生长动力学，并为Monod常数和最大生长速率提供了机制性解释。本文提出的理论框架能够刻画微生物系统中广泛的动态行为，为解释其潜在复杂机制提供了更为清晰的微观图景。

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单物种—单资源条件下微生物生态动力学的极简随机模型

Cheuk Fung Alvin Leung，Anatoly Kolomeisky

doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.01.735782

Cheuk Fung Alvin Leung 1 莱斯大学； 在 Google Scholar 上查找该作者 在 PubMed 上查找该作者 在持有人为作者/资助方，其已授予 bioRxiv 永久展示该预印本的许可。 保留所有权利。未经许可不得转载。

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发布于 2026 年 7 月 3 日。

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单物种—单资源条件下微生物生态动力学的极简随机模型

Cheuk Fung Alvin Leung，Anatoly Kolomeisky

bioRxiv 2026.07.01.735782； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.01.735782

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Cheuk Fung Alvin Leung，Anatoly Kolomeisky

bioRxiv 2026.07.01.735782； doi： https://doi.org/10.64898/2026.07.01.735782

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.01.735782v1?rss=1

🏷️ 微生物生态动力学 随机模型 资源消耗 Monod生长动力学 蒙特卡罗模拟