8
การประยุกต์การวิเคราะห์จุดตรึงกับกึ่งสปีชีส์
HYC-1979Lesson 4: Advantage, Word, Words
00:00

A จุดตรึง ของพลวัตการกลายพันธุ์–การคัดเลือก คือเวกเตอร์ความเข้มข้น x* ที่กระแสไม่เปลี่ยนแปลง บนซิมเพล็กซ์ความเข้มข้น ซึ่งความเข้มข้นที่ปรับมาตรฐานแล้วรวมกันได้หนึ่ง การวิเคราะห์จุดตรึงแยกผลลัพธ์การคัดเลือกออกเป็นสามแบบ ได้แก่ การอยู่ร่วมกันอย่างเสถียร การคัดเลือกแบบดาร์วินของลำดับมาสเตอร์ที่локаลไลซ์ และการคัดเลือกแบบครั้งเดียวตลอดกาลของหน่วยที่รวมเป็นหนึ่ง

สมการการกลายพันธุ์–การคัดเลือกทั่วไปคือ

dxi/dt = Σj Qij − Ā

โดยที่ Qij คือความน่าจะเป็นที่แม่แบบ j ผลิตกลายพันธุ์ i, คืออัตราการจำลองแบบของแม่แบบ jและ Ā คือผลผลิตส่วนเกินเฉลี่ยที่ทำให้ความเข้มข้นรวมเป็นมาตรฐาน ที่จุดตรึง x* ด้านซ้ายมือเป็นศูนย์ ดังนั้น

Σj Qij = Ā

ในรูปเมทริกซ์ นี่คือปัญหาค่าเฉพาะ M x* = Ā x*โดยที่ diag(A)เวกเตอร์เฉพาะตัวหลักให้การกระจายตัวของกลายพันธุ์แบบคงที่ และค่าเฉพาะของมันคือผลผลิตส่วนเกินเฉลี่ย ปัญหาค่าเฉพาะเดียวนี้รวมกรณีต่างๆ ด้านล่างเข้าไว้ด้วยกัน

เรขาคณิตของจุดตรึงบนซิมเพล็กซ์ความเข้มข้นภาพเฟสสามภาพ: ผู้แข่งขันอิสระ กึ่งสปีชีส์ที่ต่ำกว่าและสูงกว่าเกณฑ์ความผิดพลาดผู้แข่งขันอิสระ · Q = IABCการกีดกันแข่งขันที่มุมการอยู่ร่วมกันอย่างเสถียร: จุดภายในระดับการเติบโตกำหนดผลลัพธ์ที่เสถียรกึ่งสปีชีส์ที่ต่ำกว่าเกณฑ์ABCx*จุดตรึงที่มีมาสเตอร์เป็นศูนย์กลาง x*การกระจายตัวของกลายพันธุ์แบบโลคัลไลซ์ช่องว่างค่าเฉพาะขนาดใหญ่ทำให้ x* เสถียรกึ่งสปีชีส์ที่สูงกว่าเกณฑ์ABCx*กลุ่มเมฆกลายพันธุ์แบบดีโลคัลไลซ์ข้อมูลของลำดับมาสเตอร์สูญหายอัตราการกลายพันธุ์สูงกว่าเกณฑ์จุดตรึง: M x* = Ā x*, M = Q · diag(A), Ā = Σᵢ Aᵢ xᵢ*เวกเตอร์เฉพาะตัวหลักของ M ให้การกระจายตัวของกลายพันธุ์แบบคงที่ ช่องว่างค่าเฉพาะขนาดใหญ่ → กึ่งสปีชีส์แบบโลคัลไลซ์ที่มีมาสเตอร์เป็นตัวหลัก

ผู้แข่งขันอิสระ:

เมื่อปิดการกลายพันธุ์ และสมการลดรูปเป็น = ( − Ā) จุดตรึงอยู่บนซิมเพล็กซ์และอาจเป็นตัวดึงดูดที่มุมหรือจุดอยู่ร่วมกันภายใน จุดใดจะเสถียรนั้นขึ้นอยู่กับระดับการเติบโตของฟังก์ชันอัตรา ไม่ได้ขึ้นกับเงื่อนไขเริ่มต้นเพียงอย่างเดียว มุมที่เสถียรหมายถึงการกีดกันแข่งขัน จุดภายในที่เสถียรหมายถึงการอยู่ร่วมกันของหลายชนิดที่รอดชีวิต

กึ่งสปีชีส์: สมดุลการกลายพันธุ์–การคัดเลือก

กึ่งสปีชีส์คือการกระจายตัวของกลายพันธุ์ที่ใกล้ชิดกันโดยมีลำดับมาสเตอร์เป็นศูนย์กลาง ไม่ใช่จีโนไทป์เดียว แต่เป็นจุดตรึงที่เสถียรของสมดุลการกลายพันธุ์–การคัดเลือก เวกเตอร์เฉพาะของ M กำหนดการกระจายตัวแบบคงที่ ความเสถียรเฉพาะที่ถูกควบคุมโดยโหมดปกติของจาโคเบียนรอบ x*: ช่องว่างค่าเฉพาะที่เป็นบวกเอื้อต่อกึ่งสปีชีส์แบบโลคัลไลซ์ที่มีมาสเตอร์เป็นตัวหลัก หากอัตราการกลายพันธุ์เกินเกณฑ์ความผิดพลาด จุดตรึงแบบโลคัลไลซ์จะสูญเสียความเสถียร และกึ่งสปีชีส์ที่เสถียรจะดีโลคัลไลซ์กระจายไปทั่วกลายพันธุ์จำนวนมาก นี่คือการสูญเสียข้อมูล ไม่ใช่การคัดเลือกแบบดาร์วินทั่วไป

อนุกรมวิธานของจุดตรึงบนซิมเพล็กซ์

  • การอยู่ร่วมกันอย่างเสถียร: จุดตรึงภายในที่มีหลายชนิดรอดชีวิต
  • การคัดเลือกแบบดาร์วิน: มุมที่เสถียรหรือลำดับมาสเตอร์แบบโลคัลไลซ์ภายใต้การกีดกันแข่งขัน
  • การคัดเลือกแบบครั้งเดียวตลอดกาล: การตรึงแบบผันกลับไม่ได้ของหน่วยที่รวมเป็นหนึ่งซึ่งไม่สามารถถูกรุกรานโดยตัวแปรภายในได้

สมมติฐานและข้อจำกัด: องค์กรคงที่ ปฏิกิริยมวลแบบผสมสม่ำเสมอ ประชากรขนาดใหญ่แบบกำหนดได้ และพารามิเตอร์อัตราคงที่ ประชากรจำกัด ช่องว่างเชิงพื้นที่ การรวมตัวใหม่ และตัวเร่งปฏิกิริยาที่ขึ้นกับความถี่สามารถเลื่อนแอ่งหรือนำการสลับแบบสุ่มระหว่างสถานะโลคัลไลซ์และดีโลคัลไลซ์ได้

การอ่านภาพเฟส
แผงซ้าย: ผู้แข่งขันอิสระไหลไปยังมุมอ่างสำหรับการกีดกันแข่งขัน หรือไปยังจุดภายในสำหรับการอยู่ร่วมกันอย่างเสถียร แผงกลางและขวา: กึ่งสปีชีส์เป็นแบบโลคัลไลซ์เมื่อต่ำกว่าเกณฑ์ความผิดพลาด และดีโลคัลไลซ์เมื่อสูงกว่า ช่องว่างค่าเฉพาะและโหมดปกติของจาโคเบียนติดตามการเปลี่ยนแปลงของความเสถียร