아래에서 일정한 조직, 분자 종의 총 농도는 고정된다: ∑i. 이 제약은 하나의 자유도를 제거하므로 상태 공간은 농도 심플렉스이다. 그런 다음 선택 방정식은 정규화된 조성 / ∑k 이 어떻게 진화하는지를 설명하며, 총 개체군 크기가 어떻게 성장하는지는 설명하지 않는다.
정규화된 플럭스 형태에서 선택 방정식은 다음과 같다:
· ( / ∑k)
여기서, 는 제약 아래의 총 플럭스(또는 생산성)이다. 선택은 고정된 총량 내에서의 재분배로 작용한다. 더 높은 선택값 또는 초과 생산성을 가진 종은 점유율을 늘리고, 더 낮은 값을 가진 종은 c를 변화시키지 않고 희석된다0.
∑이므로i, 오직 n − 1개의 상대 농도만이 독립적이다. 결정론적 무돌연변이 한계에서 심플렉스 경계는 불변이다: 만약 이 초기에 성립하면, 그것은 0으로 유지된다. 따라서 고정점은 종종 꼭짓점이나 저차원 면에 위치한다.
x좌표계의 아핀 변환은 총 규모를 상대 빈도로부터 분리할 수 있으며, 변환된 변수 와 조성 역학에 대한 단순화된 방정식을 산출한다. 유도는 다음과 같이 진행된다:
“이 새로운 세분화를 어떻게 수행할지는 미분 방정식 (6)의 구조에 의해 제시된다. 그것은 실제로 선형 미분 방정식 이론에서 잘 알려진 x좌표계의 아핀 변환에 해당한다. 우리는 변환된 개체군 변수 y에 대한 새로운 방정식 집합을 얻는다i 그것은 다음과 같다:”
예를 들어, 두 종과 , 우리는 . 선분 에서, 만약 종 1이 종 2보다 더 큰 선택값을 가지면, 흐름은 , 을 향해 이동한다. 총 농도는 1로 유지되며, 이는 일정한 조직 아래에서 조성 변화로서의 선택을 보여준다.
농도 심플렉스 도표
일정한 조직화 조건에서 가능한 조성들의 단체(simplex). 꼭짓점은 순수 종(x 1, x 2, x 3)을 나타낸다. 내부는 혼합물을 나타낸다. 화살표는 선택적 값이 가장 높은 꼭짓점을 향하는 선택 흐름을 보여주며, 총 농도는 c 0로 고정되어 있다.
질문 1
제약 조건 ∑는i 일정한 조직화 조건에서의 선택 방정식에서 무엇을 나타내는가?
단일 종만을 포함하는 계.
모든 종의 고정된 총 농도.
모든 종이 동일한 속도로 성장해야 한다는 규칙.
한없이 성장하는 총 개체군.
✅ 정답입니다!
그렇다. 일정한 조직화는 총 농도를 고정하므로, 계는 총합이 일정한 단체(simplex) 위에서 진화한다.
❌ 오답
일정한 조직화는 농도의 합을 고정할 뿐, 무한 성장이나 단일 종, 또는 동일한 성장률을 의미하지 않는다.
질문 2
정규화된 플럭스 형태에서 · ( / ∑k)에서, / ∑k 무엇을 나타내는가?
종 i의 고유 성장률.
종 i의 상대적 비중.
전체 계의 총 플럭스.
종 i의 절대 농도.
✅ 정답입니다!
정답이다. 이 비율은 종 i의 상대적 풍부도, 즉 선택적 비중이다.
❌ 오답
이는 정규화된 양으로, 절대 농도나 속도가 아니며, 종 i가 차지하는 총량의 비율을 측정한다.
질문 3
x-좌표계의 아핀 변환이 선택 방정식을 단순화하는 이유는 무엇인가?
더 많은 독립 변수를 추가한다.
모든 선택적 값을 동일하게 설정한다.
총 농도에 대한 제약을 제거한다.
전체 규모를 상대 빈도로부터 분리한다.
✅ 정답입니다!
맞다. 아핀 변환은 전체 규모를 조성 역학으로부터 분리하여, 변환된 변수에 대한 더 단순한 방정식을 산출한다 .
❌ 오답
이 변환은 제약을 제거하거나 선택적 값을 동일하게 만들지 않으며, 규모를 조성으로부터 분리하도록 좌표를 바꾼다.
질문 4
일정한 조직화 조건에서, 두 종 계에서 종 1이 종 2보다 더 큰 선택적 값을 가지며 일 때, 시간에 따라 조성은 어떻게 되는가?
은 1을 향해 상승하고 은 0을 향해 하강한다.
와 는 모두 함께 상승한다.
은 0을 향해 하강하고 은 1을 향해 상승한다.
조성은 항상 고정된 채로 유지된다.
✅ 정답입니다!
정답이다. 선택은 더 높은 선택적 값을 가진 종을 선호하므로, 그 종의 비중은 커지고 다른 종은 희석되며, 총합은 1로 유지된다.
❌ 오답
총합이 고정되어 있으므로 한 종이 증가하면 다른 종은 감소해야 한다. 더 적합한 종은 시간이 지남에 따라 비중을 얻는다.
질문 5
돌연변이가 없는 결정론적 극한에서, 단체(simplex) 경계에 대해 참인 것은 무엇인가?
총 농도가 시간에 따라 표류한다.
부재한 종이 나중에 나타날 수 있다.
모든 종이 결국 함께 사라진다.
만약 처음에 0이면, 0으로 유지된다.
✅ 정답입니다!
그렇다. 돌연변이가 없으면 부재한 종은 나타날 수 없으므로, 단체의 면들은 불변이다.
❌ 오답
농도 0이 양수가 되려면 돌연변이가 필요하다. 돌연변이가 없는 극한에서는 경계가 불변이다.
사례 연구: 일정한 조직화 조건에서의 세 종 경쟁
아래 시나리오를 읽고 질문에 답하시오.
원시 생명 이전 반응 네트워크에 농도가 , , 그리고 인 세 분자 종이 있다. 계는 일정한 조직화 조건으로 유지되며 , 따라서 이다. 선택 역학은 정규화된 플럭스 형태 Φᵢ = · (xᵢ / )를 따른다. 종 1은 가장 높은 선택적 값을, 종 2는 중간 값을, 종 3은 가장 낮은 값을 가진다. 돌연변이가 없고 결정론적 역학을 가정한다.
Q
1. 초기 내부 점에서 농도 단체 위의 조성 궤적을 정성적으로 설명하시오.
답: 조성은 가장 높은 선택적 값을 가진 종 1에 해당하는 꼭짓점을 향해 이동할 것이다. 시간이 지남에 따라 은 1을 향해 증가하고, 와 은 0을 향해 감소한다. 총 농도는 로 고정되어 유지된다. 내부 고정점이 없다면, 궤적은 꼭짓점 (1,0,0)에서 끝난다.
Q
2. x-좌표계의 아핀 변환이 이 계를 분석하는 데 어떻게 사용될 수 있는지 설명하시오.
답: 아핀 변환은 전체 규모를 상대 빈도로부터 분리한다. 이는 방정식에 대한 제약의 영향을 제거하는 새로운 변수 yᵢ를 정의하여, 조성 역학을 직접 기술하는 단순화된 계를 산출한다. 이 변환은 선형 미분 방정식에서 잘 알려져 있으며, 불변 단체 구조와 안정한 꼭짓점 또는 면을 향하는 흐름을 드러내는 데 도움을 준다.
이 새로운 세분화를 수행하는 방법은 미분 방정식 (6)의 구조에 의해 제시된다. 이는 실제로 선형 미분 방정식 이론에서 잘 알려진 x-좌표계의 아핀 변환에 해당한다. 변환된 개체군 변수에 대한 새로운 방정식 집합을 얻는다 이는 다음과 같다: