双稳

在生物和化学系统中

双稳态是理解细胞内某些现象作用的关键，比如细胞周期过程中的决策、细胞分化和细胞凋亡。它也和某些事件，在早期的细胞内动态平衡的丧失相关，比如癌症的发生、阮病毒疾病甚至新物种形成（成种作用）。
双稳态的产生和具有超敏性的正反馈回路（positive feedback loop）相关。正反馈回路，简单地举例来说，X激活Y，同样Y能激活X，从本质上来说，是将输出信号和输入信号联系在了一起。对于细胞内的信号转导来说，这种调控形式很重要，因为它能够产生“全或无”的开关效应。研究也表明了，非常多的生物系统，比如爪蟾卵的成熟、哺乳动物钙信号的转导和出芽酵母的极性都与（快速或者慢速）正反馈回路相关（在不同的时间点会有多个正反馈回路出现）。如果一个系统同时拥有这两类正反馈回路，这样可以（a）增加调节：两种开关有着独立的可变的激活或者失活时间；（b）将反馈回路和多重时间尺度联系起来可以过滤噪声。
双稳态可以被修饰地更加具有稳健性，即使体系中反应物的浓度发生很大的改变，其仍能维持着“开关”这种特性。一个细胞生物学上的例子，被激活的CDK1（Cyclin Dependent Kinase 1，细胞周期蛋白依赖的激酶1）能够激活它的激活子Cdc25，同时CDK1也会灭活它的抑制子Wee1，这样能够使细胞进入有丝分裂（mitosis）。如果没有这种双重反馈，尽管系统仍能够具有双稳性，但是不能够承受体系中反应物浓度的有较大的波动。
双稳态在果蝇胚胎发育阶段中被描述过，比如头尾轴和腹背轴的形成，以及眼睛的发育。
在生物系统中，和双稳态有关的一个典型的例子是Sonic hedgehog （Shh），一种分泌的信号分子，对发育非常重要。Shh信号网络表现为一个双稳态的开关一样，其浓度能够引起细胞状态的转变。Shh可以激活gli1 和 gli2的转录，它们各自的基因产物也能够作为转录激活物去促进自身和Shh信号通路下游基因的表达。同时，Shh信号通路也包含一个负反馈回路，即Gli转录因子能够激活阻遏子Ptc的转录活性。因此，Shh信号通路中同时存在的正负反馈回路能够产生双稳态开关。
在生物和化学系统中，只要满足三个条件，就能够产生双稳态现象：正反馈、过滤小刺激信号的机制和防止无约束增长的机制。双稳态化学系统被广泛地用于研究非平衡热动力学、随机共振和气候变化等等。在双稳态空间扩展系统中，局部相关性的发生和旅行波的传播曾被分析过。
双稳态通常可以通过滞后作用(hysteresis)来实现。从种群水平，如果将每一个个体加以考虑，在分布上就会出现双稳态现象。