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雙成員超循環的耦合機制
HYC-1979Lesson 8: Acid, Amino, Acids
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在 恆定組織 雙成員超循環使總濃度保持恆定,因此整個狀態僅由一個數字所描述,即分率 ,其中 。這兩個成員的生長方程式為

   

其中 是平均過剩生產力,會從兩個方程式中扣除。對角常數 與 衡量 自我增強,而非對角常數 與 衡量 相互的、交叉催化的增強。由於兩個成員都扣除了相同的 Φ 項,結果取決於速率常數之間的差異,而非其絕對值——而用以定位不動點的同一套入侵分析,也會將每一組參數歸入四種耦合機制之一。

兩個入侵問題決定一切

純態的穩定性取決於:當缺席成員在完全由常駐成員組成的族群中僅佔少數時,它能否生長:

  • 成員 2 能否入侵成員 1 的純態?當且僅當 。
  • 成員 1 能否入侵成員 2 的純態?當且僅當 。

每個問題都有「是/否」兩種答案,因此這兩個問題恰好產生四種情況——即表 17 中的四種耦合機制。

由兩個入侵不等式判讀出的四種耦合機制比較 k₂₁ 與 k₁₁,以及 k₁₂ 與 k₂₂——兩次比較即可分類整組參數。1競爭k₁₁ > k₂₁ 且 k₂₂ > k₁₂不穩定的內部點x₁ = 1x₂ = 1兩個端點皆為吸引子;起始混合比例決定結果。2成員 1 的選擇k₁₁ > k₂₁ 且 k₁₂ > k₂₂不穩定的內部點x₁ = 1x₂ = 1成員 1 能抵抗入侵,並可入侵成員 2。3成員 2 的選擇k₂₁ > k₁₁ 且 k₂₂ > k₁₂不穩定的內部點x₁ = 1x₂ = 1成員 2 能抵抗入侵,並可入侵成員 1。4相互超循環穩定化k₁₂ > k₂₂ 且 k₂₁ > k₁₁穩定的內部點x₁ = 1x₂ = 1兩個端點皆流向內部吸引子。穩定不動點不穩定不動點

表 17:四種耦合機制

機制入侵不等式穩定不動點內部不動點
競爭 與 兩個端點, 與 不穩定的分隔線
成員 1 的選擇 與 端點 不穩定
成員 2 的選擇 與 端點 不穩定
相互超循環穩定化 與 內部共存點穩定

範例演練

取 並取 。則 與 ,因此機制為相互超循環穩定化:每個成員都能入侵對方的純態,兩個端點皆不穩定,且內部不動點為吸引子。其位置由平衡條件得出, ,可得 。將培養起始於 或起始於 皆仍會鬆弛至二分之一。現在將數值對調為 與 。不等式翻轉:兩個成員皆無法入侵對方,兩個純態皆穩定,機制為競爭,而完全相同的內部點則成為不穩定的分隔線,僅用於劃分會到達哪個端點。

無須積分即可判讀機制

由於 ,二維系統便退化為單一維度,而兩個端點的特徵值恰可化約為上述的兩個入侵不等式。因此分類一組參數只需兩次比較,無須數值積分、也無須模擬:內部點僅在相互穩定化機制中穩定,在其他三種機制中則不穩定。同樣的記帳方式可延伸至三元及 n 元循環(表 18),其中每個成員皆以「它能否入侵由其他成員所形成的群落」來檢驗,而循環對稱性使結果成為整個速率係數矩陣的性質,而非任何單一配對的性質。

快速求解途徑
比較 與 ,然後比較 與 。競爭:兩者皆為否。成員 1 的選擇:第一者為否,第二者為是。成員 2 的選擇:第一者為是,第二者為否。相互超循環穩定化:兩者皆為是。兩次比較即可取代整個相平面計算。