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二元超循環的不動點分析
HYC-1979 Lesson 8: Acid, Amino, Acids
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對於在恆定組織下的二元超循環,其狀態空間為濃度單純形 。這兩個變數 和 為超循環成員的濃度,而總濃度 c 則由稀釋通量 Φ 維持恆定。

二元超循環:濃度單純形上的不動點 x₁ + x₂ = c 濃度單純形 x₁ x₂ (c, 0) (0, c) x* x₁* x₂* x₁ 的相位線 0 c x₁* 流向共存點 內部不動點 平衡條件 k₁x₂* = k₂x₁* 兩個括號皆為零;Φ 相互抵消 x₁* = c k₁/(k₁ + k₂) x₂* = c k₂/(k₁ + k₂) 平衡比例 x₁*/x₂* = k₁/k₂ kᵢ 越大 → 平衡佔比越大 範例:k₁ = 2k₂ x₁* = 2c/3, x₂* = c/3

速率方程與內部不動點

在標準速率約定下,動力學可寫為 和 。其中 Φ 為維持總濃度 c 恆定的稀釋或通量項。內部不動點需滿足 其中 , 。由此可得 ,因此 .

將此平衡條件與約束條件結合 可得唯一的共存平衡:

   和    .

平衡比例為 。在此速率約定下,較大的有效催化常數對應較大的平衡佔比。

邊界不動點與假設

邊界不動點為 , 和 , 。這些並非共存狀態。內部不動點才是與二元超循環相關的共存不動點。此計算假設速率常數為正、遵循質量作用動力學、系統充分混合,且無突變、寄生或隨時間變化的外力。

代數化簡與來源見解

微分方程的結構暗示了對 x 座標系進行仿射變換,這在線性微分方程理論中廣為人知。我們可得到一組關於變換後族群變數的新方程 ,將總量恆定的約束與相對豐度的動力學分離開來。此化簡使得平衡關係 與分配關係 , 變得清晰明瞭。

範例

歸一化 。然後 和 。若 ,則 和 。等價地,設 並求解 的非零根。

重點摘要
在內部不動點,兩個催化生成項與共同的稀釋通量平衡,因此 ;結合 可得 和 ,其比例為 .