光谱光输入的差异化传导将昼夜节律计时与能量响应分离

光同时为光养生物提供能量，并提供关于环境时间的信息。这两种功能并不一定要求对辐照度波动产生相同的响应：光合作用输出应当保持对振幅敏感，而昼夜节律相位则应当排斥那些并不改变黎明、黄昏或光周期的变化。我们针对两个光谱输入来表述这一问题，将其对数强度分解为共同辐照度坐标 a 和光谱对比坐标 r。通道 i 对相位的贡献为 Qi=ZiGi，其中非负门控项 Gi 决定该通路何时处于活跃状态，而带符号的相位响应投影 Zi 决定这种活性是使振荡器相位前移还是后移。对于一个锁定振荡器而言，若要在保持对共同辐照度稳健性的同时保留对光谱对比的敏感性，就要求两个非零的周期平均贡献具有相反符号，即 A1≈−A2≠0。只有当相同输入的生理学投影不与其相位投影成比例时，系统对能量的响应性才能得以保留。 一个典型的抑制子振荡器（repressilator）为这些条件提供了明确的非线性实现。将正门控设置在其无穷小相位响应曲线的相对两叶上，可以显著衰减共同模态引起的相位偏移，同时保留对光谱对比的敏感性。随后，一个最简光合能力模型表明，这种组织方式如何在日际辐照度波动下保护时间对齐。在所测试的最大变异水平下，差异化路由使平均相位位移降低了一半以上，并将相关的对齐损失降低了约 82%；而由此带来的产量优势仍然很小，约为 0.1%。因此，多通道光感知能够在不抑制对辐照度能量响应的情况下稳定昼夜节律计时。

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谱光输入的差异化路由将昼夜节律计时与能量响应性分离

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doi： https://doi.org/10.64898/2026.08.07.743459

Quentin Thommen 里尔癌症研究中心 - 里尔大学

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发布于 2026 年 8 月 13 日。

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Quentin Thommen bioRxiv 2026.08.07.743459; doi： https://doi.org/10.64898/2026.08.07.743459

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谱光输入的差异化路由将昼夜节律计时与能量响应性分离 Quentin Thommen bioRxiv 2026.08.07.743459; doi： https://doi.org/10.64898/2026.08.07.743459

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🏷️ 昼夜节律 光谱感知 相位响应曲线 振荡器模型 光合作用