动力学平均场理论:从生态系统到反应网络

自然生态系统和生化反应网络都涉及异质个体的种群,其合作与竞争相互作用导致了物种丰度的丰富动力学,尽管尺度差异巨大。大型生态系统中多样性的维持是一个长期难题,近期通过推导随机模型的动力学平均场理论取得了进展。特别地,最近已表明这些随机模型具有一个混沌相,其中丰度表现出剧烈波动。当加入适度的空间结构时,这些波动被稳定,多样性得以维持。这些现象在生化反应网络中是否有类似情况目前未知。建立这种联系很有意义,因为生命需要大量分子物种间的合作。本工作中,我们发现一个反应网络,其大尺度行为恢复了理论生态学中近期考虑的随机Lotka-Volterra模型。我们阐明了推导其大尺度描述所需的假设,并揭示了为恢复先前动力学平均场理论而在噪声上所做的基本假设。然后,我们展示局部细致平衡和反应速率的正性(它们是化学反应网络的关键物理要求)如何对构建相关的生化反应网络动力学平均场理论构成阻碍。最后,我们概述了未来的前景与挑战。