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分支催化网络与一次性选择
HYC-1979 Lesson 5: Selection, Species, Will
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在 分支催化网络中,一个催化剂或催化单元支撑着多个相互竞争的复制子。与循环超循环不同,这种耦合是开放的:既没有环的闭合,成员之间也不存在相互依赖。在 恒定组织条件下,总浓度保持恒定,分支浓度的动力学遵循标准选择方程:

,   

其中 是分支 i 的浓度, 是其选择值或生产力,Φ 是群体中的平均生产力。分支化同时改变 和 Φ,因此浓度单纯形上的运动取决于竞争分支的相对生产力。

分支催化网络 一个催化剂供给相互竞争的复制子 A 催化剂 B1 分支 1 B2 分支 2 k1 k2 未耦合 开放耦合:无环闭合。 成员之间不存在相互依赖。 单纯形上的角点选择 恒定组织下的两个竞争分支 分支 1 x1 = 1 分支 2 x2 = 1 稳定角点 内部共存:不稳定 不稳定 稳定不动点迁移至角点。 较高Ai 值更高的分支获胜;失败者灭绝。 一次性选择:赢者通吃。 ẋi = xi(Ai − Φ) Φ = Σj xjAj 仅当 Ai > Φ

不动点与角点选择

浓度单纯形 的角点上具有纯态。对于分支型非循环网络,当各分支相互竞争时,内部共存不动点通常是不稳定的或呈鞍点型。对角点附近进行线性化可得到雅可比矩阵,其特征值决定稳定性:选择值更高的角点会吸引系统,而与之竞争的角点则变得不稳定。

  • 若某一分支具有较大的 ,它会驱动 趋向 1,而其他分支则趋向 0 而衰减。
  • 涨落或微小的速率差异都可能使系统发生倾斜,但一旦某一分支获得优势,不动点就会迁移至其所在角点。
  • 失败的竞争者会灭绝;系统不会稳定在内部合作状态。

一次性选择

这一结果被称为 一次性选择:这是一种赢者通吃的锁定,而非合作式整合。稳定不动点迁移至相互竞争的角点之一,系统便一直停留在那里。分支耦合缺乏超循环所需的闭合性和相互依赖,因此无法将多种功能整合为一个联合的催化组织。

来源示例:双成员分支/寄生体情形
来源给出 ,其中 ,以及 。由此得出 对于 且 对于 。系统在 S2的角点处有两个不动点,说明了角点选择以及稳定内部共存的缺失。