该 异质界面模型 将耦合的复制–选择动力学拓展到了充分混合、恒定组织框架之外。它不再把系统视为单一均匀反应器,而是将其视为两个耦合相: 界面 以及 本体溶液。复制子在界面上进行侧向表面扩散,在界面与本体之间吸附和脱附,并在本体中进行输运。界面种群记为
三种耦合过程
- 表面扩散: 复制子沿界面侧向移动,因此混合仅限于界面尺度,而非整个体积。
- 吸附与脱附: 分子以一定速率结合到界面并离开界面,该速率决定复制子停留在表面层的时间长短。
- 本体输运: 溶液中的流动与扩散带动复制子穿过孔隙或容器,稀释某些区域并向其他区域输送复制子。
长时稳态行为与三种结果
在长时间下,界面与本体种群趋于稳态行为:∂
- 共存 ——各组分以稳定的界面–本体分布共同存续。
- 单组分选择 ——单一组分取代其他组分。
- 灭绝 ——复制与保留无法补偿输运与损失,因此没有任何组分能够存续。
出现哪种结果取决于输运速率以及结合和吸附参数。在双组分约化情形下,吸附/脱附平衡且表面与本体输运速率相当,可支持共存;结合或输运不对称时,一种组分可能取代另一种;而当输运与损失超过复制与保留时,则导致灭绝。
解读
空间异质性与相间交换既能富集复制子,也能耗竭复制子。因此,界面模型并不会自动保护多样性:它明确规定了空间耦合在何种条件下维持共存、导致竞争排斥,或完全无法维持复制。结果示意图中的三个区域属于定性类别,而非固定阈值——应将其理解为参数区制。
