细胞动力学读书会丨第九期：生命物质的跨尺度输运物理：从微观动力学到功能涌现

导语

生命作为远离平衡态的活性软物质系统，其多层级有序结构的维持与功能涌现，核心依赖于跨时空尺度的受控物质输运与复杂动力学耦合，也是解析生命复杂行为的关键物理切入点。本期读书会为细胞动力学读书会第九期，北京师范大学教授李辉将在本期聚焦生命物质的输运特性，系统介绍其团队在分子、细胞与组织尺度的跨尺度动力学研究成果，旨在揭示微观输运动力学如何驱动宏观功能的涌现与转变，从而为解析复杂生命行为提供底层物理机制与定量化判据。

集智俱乐部联合北京师范大学大学教授李辉，中科院理论物理学所副研究员王维康、西湖大学生命科学学院博士后韦晓慧以及烛龙（上海）生物医药科技有限公司王艳博士共同发起「」，尝试从单细胞数据中重构细胞的动力学，以揭示细胞状态转化的普遍特性和机制；通过分享经典文献与最新研究进展，希望在数据、模型和生物过程间，建立起一种可以反复检验、不断验证的动态关系。

报告简介

生命是典型的远离平衡态的活性软物质系统。经过亿万年的演化，生命构筑了从分子、细胞到组织及个体的多层级有序结构。其动力学行为横跨多个时空尺度：从纳米/毫秒级的微观分子输运，到微米/秒级的介观细胞运动，直至毫米/小时级的宏观组织形变。在这些尺度之间，复杂的动力学耦合驱动了生命功能的自组织涌现。1944年，薛定谔在《生命是什么》中提出，生命必须通过持续的能量耗散与“负熵”引入来对抗自发的无序化趋势。从现代物理学视角审视，受控的物质输运正是生命维持这一非平衡稳态的核心物理机制。本报告将聚焦生命物质的输运特性，系统介绍我们团队在分子、细胞与组织尺度的跨尺度动力学研究成果，旨在揭示微观输运动力学如何驱动宏观功能的涌现与转变，从而为解析复杂生命行为提供底层物理机制与定量化判据。

分享大纲

1. 生命系统的复杂性与物质输运

2. 活细胞单分子动力学观测技术及定量方法

3. 分子尺度：胞内输运的动力学特征及调控规律

4. 细胞尺度：分子输运驱动的细胞行为和功能

5. 组织尺度：流体输运主导的多细胞力学

核心概念

生物物理，非平衡输运，单分子荧光

主讲人介绍

主讲人：李辉，北京师范大学教授，博士生导师，国家优秀青年科学基金获得者，中国科学院青促会成员。2006年本科毕业于山东大学物理学院，2012年博士毕业于中国科学院物理研究所。曾赴牛津大学、哈佛大学和麻省理工学院学术访问。现担任美国物理联合会 (AIP) 期刊 Biophysics Reviews 副主编、中国物理学会 CPL 等四刊联合青年编委等职。主要研究方向为生物物理与复杂系统。通过发展生命多尺度动力学实验观测及定量分析方法，研究了从生物分子、细胞、到组织的非平衡物理特性、调控规律，以揭示细胞迁移、凋亡、衰老、相分离等多种生命功能的复杂系统运行机制。

参考文献

1. Wei, T., Yang, X., Jiang, C., Liao, K., Ye, H., Luo, H. Y., Liu, Y. R., Wang, P. Y., Meng, F., Dou, S. X., Rong, Z. & Li, H. Osmotic pressure regulates DNA labelling and transcription with dCas9-SunTag system in live cells. Nat Commun17, 773 (2026).

2. Liu, F., Gao, B., Lei, L. R., Liu, S. N., Li, H. & Guo, M. Intercellular flow dominates the poroelasticity of multicellular tissues. Nature Physics21, 1311-1318 (2025).

3. Zhang, M. L., Zhang, Z., Niu, X. Z., Ti, H. Y., Zhou, Y. X., Gao, B., Li, Y., Liu, J. L., Chen, X. & Li, H. Interplay Between Intracellular Transport Dynamics and Liquid‒Liquid Phase Separation. Advanced Science11, e2308338 (2024).

4. Jiang, C., Luo, H. Y., Xu, X., Dou, S. X., Li, W., Guan, D., Ye, F., Chen, X., Guo, M., Wang, P. Y. & Li, H. Switch of cell migration modes orchestrated by changes of three-dimensional lamellipodium structure and intracellular diffusion. Nat Commun14, 5166 (2023).

5. Li, B., Dou, S. X., Yuan, J. W., Liu, Y. R., Li, W., Ye, F. F., Wang, P. Y. & Li, H. Intracellular transport is accelerated in early apoptotic cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America115, 12118-12123 (2018).

时间信息

2026年4月10日（周五）晚19:30-21:30，腾讯会议线上进行,微信视频号+集智俱乐部B站号同步直播，感兴趣的朋友扫码报名加入细胞动力学读书会后，可进入学员群进行交流。

直播信息

报名读书会：

「细胞动力学:基因网络、群细胞、组织形态与发育」

由李辉、王维康、韦晓慧三位学者及王艳博士共同发起，并沿两条主线展开：一是探讨细胞命运、多稳态等理论核心；二是结合单细胞测序、时序推断等方法，学习如何将静态数据转化为动态模型。

中将融合物理学、复杂科学与系统生物学，从Waddington景观、自组织临界，到反应-扩散模型与类器官实验，绘制一幅理解细胞命运与群体动力学的连贯地图。

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