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ハイパーサイクルの安定性と寄生体の挑戦
HYC-1979Lesson 2: Catalytic, Which, System
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ハイパーサイクルとは、触媒的支援の閉じたループである。各構成要素が次の要素を助け、ループは自分自身の始点へと戻っていく。この構造によってサイクルは 自己強化型となるが、同時に扉も開いてしまう。ループから 受け取る 触媒的支援を何も返さずに受ける要素は、同じ反応器の中で増殖し、ハイパーサイクルが生み出す産物そのものを糧にして生き延びることができる。そのような要素を 寄生体と呼ぶ。

寄生体と見なされるもの

寄生体とは 自己繁殖性の 要素であり、ハイパーサイクルを利用するがそれに貢献しない。単に減衰していくだけの不活性な変異体ではない。自ら複製し、サイクルから供給される触媒的支援を利用するが、ループに自身の触媒作用を一切加えない。ハイパーサイクルは何も見返りを得ずにその増殖を支えなければならないため、寄生体は同じ有限な材料プールをめぐる直接の競争相手となる。

一定組織と T.13.8 系

競争は 一定の総濃度の下で解析される。 ここで は寄生体の濃度、x はハイパーサイクル構成要素の濃度である。k をハイパーサイクルの触媒定数、 を寄生体の触媒定数とすると、連立ダイナミクスは次のようになる。

  • 寄生体:
  • ハイパーサイクル構成要素:

両方の式において、 第 1 項は増殖 であり、 第 2 項は総量を一定に保つ一定組織の希釈項(流出項) である。寄生体は自身の濃度に対して二次的に増殖する。kAcA2こそが寄生体を自己繁殖的にしている点であり、一方でハイパーサイクル構成要素は交差項 と呼ぶ。

濃度単体 S 上の二隅相図2一定組織により総量 cA + x = c0 が固定されるため、組成のみが変化する。1c0 < k / kA ⇒ ẋ > 0ハイパーサイクル構成要素は依然として増殖する寄生体の隅cA = c0, x = 0不安定ハイパーサイクルの隅x = c0, cA = 0安定2c0 > k / kA ⇒ ẋ < 0寄生体がそれを駆逐する寄生体の隅cA = c0, x = 0安定ハイパーサイクルの隅x = c0, cA = 0不安定決定しきい値しきい値c0 = k / kA各式に 2 つの項増殖kAcA2 および k cAx希釈(cA / c0)(kAcA2 + k cAx)勝者総取り流れは 2 つの隅のいずれかに落ち着く安定した内部共存状態は存在しない。

2 つの隅の固定点と濃度しきい値

この系には 2 つの固定点があり、いずれも濃度単体の隅に位置する。寄生体が支配する状態(の下で解析される。 )とハイパーサイクルが支配する状態(の下で解析される。 )である。流れがどちらの隅に到達するかは、速度定数と総濃度によって決まる。決定的な比較は

で のとき、また で と呼ぶ。

しきい値未満ではハイパーサイクル構成要素は依然として増加し、流れはハイパーサイクルの隅へと向かう。しきい値を超えると、構成要素は生成されるよりも速く希釈され、流れは寄生体の隅へと向かう。 を超えると ẋ の符号が反転し、どちらの隅が勝つかが逆転する。一般的なケースでは、相流は安定した内部共存状態ではなく、2 つの隅のいずれかに落ち着く。

この簡略化モデルの限界
この系は一定組織下の完全混合反応器を仮定している。空間構造、区画化、変異、そして上位単位間で働く選択は意図的に除外されているため、隅への吸引という結果は簡略化モデルに固有の性質にすぎない。このモデル単独では、寄生体の挑戦をまだ解決しておらず、それを定義しているのである。