Turing pattern formation in fractional activator-inhibitor systems

反常扩散 反应扩散系统 指数 物理 布鲁塞尔人 激活剂(遗传学) 统计物理学 数学 热力学 化学 非线性系统 量子力学 计算机科学 创新扩散 哲学 基因 知识管理 生物化学 语言学
作者
B. I. Henry,T. A. M. Langlands,Susan L. Wearne
出处
期刊:Physical Review E [American Physical Society]
卷期号:72 (2) 被引量:113
标识
DOI:10.1103/physreve.72.026101
摘要

Activator-inhibitor systems of reaction-diffusion equations have been used to describe pattern formation in numerous applications in biology, chemistry, and physics. The rate of diffusion in these applications is manifest in the single parameter of the diffusion constant, and stationary Turing patterns occur above a critical value of d representing the ratio of the diffusion constants of the inhibitor to the activator. Here we consider activator-inhibitor systems in which the diffusion is anomalous subdiffusion; the diffusion rates are manifest in both a diffusion constant and a diffusion exponent. A consideration of this problem in terms of continuous-time random walks with sources and sinks leads to a reaction-diffusion system with fractional order temporal derivatives operating on the spatial Laplacian. We have carried out an algebraic stability analysis of the homogeneous steady-state solution in fractional activator-inhibitor systems, with Gierer-Meinhardt reaction kinetics and with Brusselator reaction kinetics. For each class of reaction kinetics we identify a Turing instability bifurcation curve in the two-dimensional diffusion parameter space. The critical value of d , for Turing instabilities, decreases monotonically with the anomalous diffusion exponent between unity (standard diffusion) and zero (extreme subdiffusion). We have also carried out numerical simulations of the governing fractional activator-inhibitor equations and we show that the Turing instability precipitates the formation of complex spatiotemporal patterns. If the diffusion of the activator and inhibitor have the same anomalous scaling properties, then the surface profiles of these patterns for values of d slightly above the critical value varies from smooth stationary patterns to increasingly rough and nonstationary patterns as the anomalous diffusion exponent varies from unity towards zero. If the diffusion of the activator is anomalous subdiffusion but the diffusion of the inhibitor is standard diffusion, we find stable stationary Turing patterns for values of d well below the threshold values for pattern formation in standard activator-inhibitor systems.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
隐形静芙完成签到 ,获得积分10
刚刚
梁晓玲发布了新的文献求助10
刚刚
刚刚
顾矜应助Jjj采纳,获得10
刚刚
haimaisi完成签到,获得积分10
1秒前
wzz完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
清爽的铭完成签到,获得积分10
1秒前
冷艳的璎完成签到,获得积分10
2秒前
悦耳从彤完成签到,获得积分10
2秒前
彭于晏应助小赵采纳,获得10
2秒前
大模型应助zxf采纳,获得10
3秒前
霓娜酱完成签到 ,获得积分10
3秒前
3秒前
刘英丽发布了新的文献求助10
4秒前
神羊发布了新的文献求助20
4秒前
more完成签到,获得积分10
4秒前
li完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
闪闪凝冬完成签到,获得积分10
5秒前
充电宝应助粗心的胜采纳,获得10
5秒前
时尚的大碗完成签到,获得积分10
5秒前
泡泡糖发布了新的文献求助10
5秒前
一坨完成签到 ,获得积分10
6秒前
6秒前
6秒前
jzmulyl发布了新的文献求助10
6秒前
柠觉呢完成签到 ,获得积分10
7秒前
cx发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
高大的羽毛完成签到,获得积分10
7秒前
7秒前
Hxy完成签到,获得积分10
8秒前
8秒前
HanQing完成签到,获得积分10
9秒前
翎尧完成签到,获得积分10
9秒前
学白柒完成签到,获得积分10
9秒前
摩羯座小黄鸭完成签到,获得积分10
10秒前
念心发布了新的文献求助10
10秒前
stt完成签到 ,获得积分10
10秒前
高分求助中
【提示信息,请勿应助】关于scihub 10000
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
徐淮辽南地区新元古代叠层石及生物地层 500
Coking simulation aids on-stream time 450
北师大毕业论文 基于可调谐半导体激光吸收光谱技术泄漏气体检测系统的研究 390
Phylogenetic study of the order Polydesmida (Myriapoda: Diplopoda) 370
Robot-supported joining of reinforcement textiles with one-sided sewing heads 360
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4016130
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3556145
关于积分的说明 11320169
捐赠科研通 3289087
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1812382
邀请新用户注册赠送积分活动 887923
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 812051