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二元超循环的不动点分析
HYC-1979Lesson 8: Acid, Amino, Acids
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对于恒定组织下的二元超循环,状态空间是浓度单纯形 。两个变量 和 是超循环成员的浓度,总浓度 c 由稀释通量 Φ 保持恒定。

二元超循环:浓度单纯形上的不动点x₁ + x₂ = c浓度单纯形x₁x₂(c, 0)(0, c)x*x₁*x₂*x₁ 的相线0cx₁*流向共存点内部不动点平衡条件k₁x₂* = k₂x₁*两个括号同时为零;Φ 相消x₁* = c k₁/(k₁ + k₂)x₂* = c k₂/(k₁ + k₂)平衡比x₁*/x₂* = k₁/k₂kᵢ 越大 → 平衡份额越大示例:k₁ = 2k₂x₁* = 2c/3,x₂* = c/3

速率方程与内部不动点

在标准速率约定下,动力学方程写为 和 。其中 Φ 是维持恒定总浓度 c 的稀释项或通量项。内部不动点要求 其中 , 。这给出 ,因此 。

将此平衡条件与约束条件 结合,得到唯一的共存平衡态:

和 。

平衡比为 。在此速率约定下,较大的有效催化常数对应较大的平衡份额。

边界不动点与假设

边界不动点为 , 和 , 。这些不是共存状态。内部不动点是与二元超循环相关的共存不动点。该计算假设速率常数为正、质量作用动力学、充分混合系统,且无突变、寄生物或时变外力。

代数化简与来源解析

微分方程的结构提示对 x 坐标系作仿射变换,这在线性微分方程理论中为人熟知。由此得到变换后的种群变量的一套新方程 将恒定总量约束与相对丰度动力学分离。这一化简使平衡关系 以及分配 , 变得清晰明了。

示例

归一化 。则 和 。如果 ,则 和 。等价地,令 并求解 的非零根。

关键要点
在内部不动点处,两个催化生成项平衡共同的稀释通量,因此 ;结合 这给出 和 ,其比为 。