当物理学遇上生物学：牛津大学Yeomans教授揭示力学如何改变生物组织形态

英国牛津大学Julia M. YEOMANS 教授于 2025 年 12 月 18 日应邀主讲理大高等研究院杰出学人讲座，讲题为「活性物质与机械生物学的交会：抵抗衰变至平衡状态」。活动吸引了逾70位现场参加者，并有超过15,500名在线观众透过多个社交媒体平台同步收看。

Yeomans教授在讲座伊始介绍何谓「活性物质系统」——一种由单一粒子能量驱动、处于热力学非平衡状态的系统。这一理论框架对于理解生物现象（如生物力学和自组装）具有关键意义，亦有助于新型微型引擎和内部驱动的微信道流的设计，从而揭示非平衡统计物理的更广泛原理。

在此基础上，Yeomans教授深入探讨了活性物质的物理学及其对力学生物学和发育生物学的影响。她指出，活性物质为了解生物系统的组织和行为提供了全新的视角，并以细菌群落形成的规律及高密度活性向列体（如微管马达蛋白）的动力学为例加以阐述。在这些系统中，远场流动规律呈现向列对称性——即液晶分子沿着大致相同的方向排列。向列序的大小或方向梯度——即由于分子在表面上的排列偏差而形成的异向区域——尤其容易发生展曲畸变，导致组织弯曲或变形。值得注意的是，这些系统中的活性湍流可通过空间限制而被抑制，而在可变形的向列液晶系统中，力轴不一定与形状轴对齐，进一步增加了其行为的复杂性。

Yeomans教授亦探讨了这些原理在医学科学中的相关性，特别是侵入性乳腺癌病灶的分布。她透过比较细胞组织切片与计算机仿真结果，提出证据显示恶性乳腺癌扩散的关键是在于细胞群的运动行为，而非单位的细胞增生。此观点对理解肿瘤的演进过程具有重要意义，并可能为未来治疗策略提供启示。

此外，她还探讨了上皮细胞的动态行为，并指出这些细胞可被建模为可变形的活性液晶。对于此类系统，开发能够将细胞形状与机械应力解耦的理论方法至关重要，从而更准确地描述组织的行为和发育。

在总结中，Yeomans教授强调了物理学、生物学与工程学的交叉学科研究至关重要，并指出活性物质研究的进展正不断重塑我们对生命系统及其复杂行为的理解。

随后的问答环节由体育科技研究院及未来服装纺织科技研究中心成员、潘乐淘慈善基金智慧及可持续发展能源教授、机械工程学系热流体与能源工程讲座教授王立秋教授主持。现场及在线观众与Yeomans教授展开了富有成效的交流与讨论。