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生物运输网络的结构范围从树状到高度网状的架构不等，这被认为反映了黏性耗散与代谢成本之间不同的权衡关系。目前无法仅从结构推断这种权衡：现有描述符要么完全舍弃边宽度信息，要么仅将其保留为一种尚未与耗散—成本权衡建立对应关系的层级分解。在此，我们引入树—环过渡尺度这一单一数值，其定义为最大生成树之外最粗边的半径；我们将其解释为网络为获得冗余性所能接受的最高成本。我们针对适应空间相关负载波动的网络计算了该尺度，其中，相关长度决定了网络在帕累托前沿上的位置。过渡尺度随耗散线性减小，随代谢成本线性增加。在部分网络最终偏离帕累托前沿的区域，其散布最大；加入生长项后，散布消失，但相关关系分裂为两个分支。由此，从静态网络架构中读出的单一量即可表征网络位于帕累托前沿的何处，并且能够反映网络在优化景观中所经历的演化轨迹。这为依据网络所实现的权衡来比较观测网络提供了一条途径，例如比较不同物种或不同生长条件下的叶脉网络。
树到环过渡尺度刻画自适应输运网络中耗散与构建成本之间的权衡 | bioRxiv
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树到环过渡尺度刻画自适应输运网络中耗散与构建成本之间的权衡
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Justina Stark
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Christophe Godin
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.02.748799
Justina Stark 1 Inria Lyon；
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生物输运网络的结构范围从树状结构到高度网状结构；有研究认为，这种差异反映了黏性耗散与代谢成本之间的不同平衡。目前无法仅凭结构推断这种平衡：现有描述指标要么完全舍弃边宽信息，要么仅将其保留为一种层级分解，而这种分解尚未与耗散—成本权衡建立对应关系。在此，我们引入树到环过渡尺度这一单一数值指标，其定义为最大生成树之外最粗边的半径；我们将其解释为网络为获得冗余性所能接受的最高成本。我们针对适应空间相关负载波动的网络计算了该尺度，其中，相关长度决定了网络在帕累托前沿上的位置。过渡尺度随耗散线性减小，并随代谢成本线性增加。在部分网络最终偏离帕累托前沿的区域内，该尺度的离散程度最大；加入生长项后，离散程度消失，但相关关系分裂为两条分支。因此，仅从静态网络结构中提取的一个数量，就能够刻画网络在帕累托前沿上的位置，并且能够反映网络在优化景观中所经历的演化轨迹。这为比较观测到的网络提供了一条途径，例如根据不同物种或不同生长条件下叶脉网络所实现的权衡进行比较。
利益冲突声明
已声明的资助信息
法国国家研究署，
https://ror.org/00rbzpz17
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发布于 2026 年 9 月 6 日。
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Justina Stark
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2026.09.02.748799；
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https://doi.org/10.64898/2026.09.02.748799
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树到环过渡尺度刻画自适应输运网络中耗散与构建成本之间的权衡
Justina Stark
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2026.09.02.748799；
doi：
https://doi.org/10.64898/2026.09.02.748799
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.02.748799v1?rss=1
🏷️ 生物运输网络 树—环转变尺度 黏性耗散 代谢成本 帕累托前沿 叶脉网络
来源出处
树—环转变尺度表征自适应输运网络中耗散与构建成本之间的权衡
https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.02.748799v1?rss=1