多态切换环境中波动种群的动力学

微生物种群通常在时变条件下的波动环境中进化。这些通常由二元切换模型描述，有时被视为粗粒度的盛宴-饥荒循环，其中资源可用性在丰富和稀缺条件之间突然切换。然而，实验研究表明，盛宴-饥荒环境实际上表现出更复杂的时间动力学。在此，我们研究两株菌株（其中一株生长略慢于另一株）如何在包含有限数量中间态的波动环境中竞争相同资源，每个中间态都有其自身的承载能力。这些状态之间的环境切换及其承载能力代表了营养可用性的渐变变化。这类多态随机切换模型可以解释为盛宴-饥荒循环的粗粒度描述，使我们能够研究在资源逐渐恢复和消耗下的菌株竞争。通过计算和分析手段，我们表征了这些多态波动环境中的种群动力学。特别是，我们研究了切换率和承载能力分布如何影响种群大小统计、固定概率和平均固定时间。通过将这些结果与二元环境中的对应结果进行比较，我们阐明了环境波动的频率和幅度如何影响粗粒度盛宴-饥荒循环中的种群动力学。