Typer af befolkningsvækstmodeller

En befolkningsvækstmodel forsøger at forudsige befolkningen i en organisme, der reproducerer i henhold til faste regler. Afhængigt af hvor mange gange en organisme reproducerer, hvor mange nye organismer den producerer hver gang, og hvor ofte den reproducerer, kan modellen forudsige, hvad befolkningen vil være på et givet tidspunkt. For de fleste befolkninger er der vækstbegrænsende faktorer, der reducerer den teoretisk mulige befolkning. Disse inkluderer begrænsede ressourcer, naturlige dødsfald og rovdyr. Forskellige typer af befolkningsvækst er underlagt disse begrænsninger og kræver forskellige typer af befolkningsmodeller for nøjagtigt at forudsige, hvad befolkningen vil være i fremtiden.

Med tilstrækkelig mad, vand og andre ressourcer, der kræves for livet, kan befolkningerne øges eksponentielt uden begrænsning. Eksponentiel vækst er meget hurtig, og levende ting udnytter denne evne, når de kan. For eksempel vil en gærcelle i en sukkeropløsning dele sig for at danne to celler, som derefter deler sig for at producere fire, derefter otte, 16, 32, 64 og så videre. Den eksponentielle kurve stiger endnu hurtigere, når dyr som kaniner har flere unger i stedet for kun to. Disse typer vækstkurver ses kun i korte perioder i det virkelige liv, fordi naturlige begrænsende faktorer påvirker vækstraten for at bremse den. Så længe eksponentiel vækst er i kraft, stiger eller bliver befolkningerne, der oplever den, tættere uanset antallet, der allerede er inkluderet i befolkningen.

Befolkningen vokser normalt ikke på en ubegrænset måde, fordi naturlige begrænsende faktorer stopper befolkningsstigningen. To begrænsende faktorer er mangel på ressourcer og dødelighed. Hvis organismer ikke kan finde nok af de ressourcer, de har brug for til at vokse og reproducere, vil de have færre eller ingen unge, og befolkningsvæksten falder. Hvis mange i befolkningen dør på grund af rovdyr eller sygdom, reduceres befolkningstilvæksten også. Hvis mangel på ressourcer som mad eller vand forårsager en høj dødelighed, begrænser det også vækst, men mekanismen i dette tilfælde er forskellig fra mangel på mad, der blot fører til færre fødsler. Begrænsende faktorer har den største effekt på store befolkninger, der er vokset hurtigt.

Den logistiske vækstmodel kombinerer eksponentiel vækst med de begrænsende faktorer, der fungerer for en bestemt befolkning. For eksempel multiplicerer gærcellerne i en sukkeropløsning for at producere eksponentiel vækst, men deres begrænsende faktor kan være mangel på mad. Når sukkeret er spist, kan gærcellerne ikke vokse og formere sig. For nogle gærpopulationer er en anden begrænsende faktor alkoholen de producerer. Hvis der er meget sukker i opløsningen, mangler der ikke mad, men alkoholen produceret af gærcellerne vil til sidst dræbe dem og reducere befolkningen.

Som et resultat af begrænsende faktorer starter logistisk vækst som eksponentiel vækst, når en befolkning er lille og har masser af mad og vand. Når befolkningen vokser, begynder de begrænsende faktorer at bremse væksten, da mad er sværere at finde. Endelig forudsiger logistisk vækst en stabil tilstand, hvor der lige er nok mad og vand til at holde en befolkning på et stabilt niveau.

Logistisk vækst er baseret på en gradvis stigning i befolkningens befolkningens naturlige grænser. En svaghed ved denne befolkningsvækstmodel er, at væksten kan være så hurtig, at befolkningen overskrider den naturlige grænse. For eksempel har kaniner, der har en stor forsyning af græs og vand, en tendens til at have store kuld meget ofte, og deres bestand kan vokse til langt overstiger madforsyningen. I dette tilfælde spiser kaninerne al mad og sulter derefter. Befolkningen falder til tæt på nul, men et par kaniner overlever. Græsset vokser tilbage, og cyklussen gentager sig på en kaotisk, uforudsigelig måde. I virkelige livssituationer er både logistiske og kaotiske befolkningsvækstmodeller mulige, men den eksponentielle vækstmodel gælder kun i korte perioder.