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二員ハイパーサイクルの不動点解析
HYC-1979Lesson 8: Acid, Amino, Acids
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一定組織下にある二員ハイパーサイクルでは、状態空間は濃度単体 である。2つの変数 と はハイパーサイクル構成員の濃度であり、全濃度 c は希釈フラックス Φ によって一定に保たれる。

二員ハイパーサイクル:濃度単体上の不動点x₁ + x₂ = c濃度単体x₁x₂(c, 0)(0, c)x*x₁*x₂*x₁ の相直線0cx₁*共存点へ向かう流れ内部不動点平衡条件k₁x₂* = k₂x₁*両方の括弧がゼロになり、Φ は相殺されるx₁* = c k₁/(k₁ + k₂)x₂* = c k₂/(k₁ + k₂)平衡比x₁*/x₂* = k₁/k₂kᵢ が大きいほど平衡時の割合が大きい計算例:k₁ = 2k₂x₁* = 2c/3, x₂* = c/3

速度方程式と内部不動点

標準的な速度の規約では、ダイナミクスは次のように表される: と 。ここで Φ は全濃度 c を一定に保つ希釈項(フラックス項)である。内部不動点には が必要であり、ここで 、 。これより が得られ、したがって となる。

この平衡と制約条件 を組み合わせると、一意な共存平衡が得られる:

と となる。

平衡比は である。この速度の規約では、より大きな実効触媒定数を持つ方が平衡時の割合も大きくなる。

境界不動点と仮定

境界不動点は 、 と 、 である。これらは共存状態ではない。内部不動点こそが二員ハイパーサイクルに関連する共存不動点である。この計算では、正の速度定数、質量作用の反応速度論、十分に混合された系、そして突然変異・寄生体・時間依存の外力がないことを仮定している。

代数的簡約と原典からの洞察

微分方程式の構造は、線形微分方程式論でよく知られた x 座標系のアフィン変換を示唆している。変換後の個体群変数 に対する新しい方程式系が得られ、これによって全濃度一定の制約と相対存在量のダイナミクスが分離される。この簡約により、平衡条件 および分配 、 が明瞭になる。

計算例

正規化する: 。このとき と となる。もし ならば と となる。同値な方法として、 と置き、 の非零根を求めよ。

重要ポイント
内部不動点では、2つの触媒生成項が共通の希釈フラックスと釣り合うため、 が成り立つ。これと を組み合わせると と が得られ、その比は となる。