Muster des Bevölkerungswachstums in einem Ökosystem

Viele Faktoren beeinflussen das Populationswachstumsmuster, aber ein Faktor ist die intrinsische Wachstumsrate einer Art. Die Geburtenrate abzüglich der Sterberate ohne Umwelteinschränkungen definiert eine arteigene Wachstumsrate. Innerhalb eines Ökosystems wirken sich Ressourcenbeschränkungen und Prädation jedoch auch auf das Bevölkerungswachstum aus. Es gibt vier Hauptmuster des Bevölkerungswachstums: J-Muster, logistisches Wachstum, zeitlich schwankende und Räuber-Beute-Interaktion. Das J-Muster-Populationswachstum hält selten an, da natürliche Einschränkungen der Art schließlich eines oder mehrere der anderen drei Muster der Populationsänderung auferlegen.

Eine Bevölkerung mit unbegrenzten Ressourcen, ohne Konkurrenz und ohne Prädation weist ein J-förmiges Bevölkerungswachstum auf. Auch als exponentielles Wachstum bekannt, beginnt das Populationswachstum langsam, wenn nur wenige Individuen vorhanden sind, und steigt dann schnell mit seiner intrinsischen Wachstumsrate an. Die Wachstumsrate wird bald fast vertikal. Während dies nach einem Populationsrückgang aufgrund von Feuer oder Krankheit passieren kann, tritt bei den meisten Makroarten ein J-förmiges Populationswachstum selten auf. Ein anderes Mal, dass J-förmiges Wachstum auftritt, ist, wenn eine Art in eine neue Umgebung umzieht, in der es keine Konkurrenz oder Prädation gibt. Das Wachstumsmuster einer invasiven Art wie Smaragd-Eschenbohrer und Asiatischer Karpfen zeigt ein J-förmiges Populationswachstum. Normalerweise kann ein J-förmiges Bevölkerungswachstum nicht lange aufrechterhalten werden und wird schließlich durch Ressourcen oder Konkurrenz begrenzt.

Durch Ressourcen oder Konkurrenz begrenzte Bevölkerungsgruppen weisen logistische Wachstumsmuster auf. Das Bevölkerungswachstum beginnt langsam und hat eine exponentielle Phase, ähnlich dem J-förmigen Wachstum, muss jedoch um Ressourcen konkurrieren und erreicht nie seine intrinsische Wachstumsrate. Schließlich verjüngt sich die Wachstumsrate auf einen stabilen Zustand, wenn die Umwelt keine weiteren Individuen der Art mehr unterstützen kann. Dieser stationäre Zustand ist die Tragfähigkeit der Umgebung. Manchmal überschreitet die Population die maximale Tragfähigkeit, was zu einem schnellen Absterben führt, normalerweise aufgrund von Hunger. Die Population sinkt unter die Tragfähigkeit und erholt sich dann langsam auf die Tragfähigkeit. Diese Schwankungen des Bevölkerungswachstums können noch einige Zeit andauern, insbesondere wenn sich die Tragfähigkeit selbst ändert.

Saisonale Veränderungen haben große Auswirkungen auf einige kurzlebige Arten wie Kieselalgen und Algen. Einige Arten haben große saisonale Populationswachstumsausbrüche. Einmal durch Umstände von Raubtieren befreit, verursacht schnelles Algenwachstum Algenblüten. Andere Arten leiden bei kaltem Wetter unter saisonaler Populationsunterdrückung. Kieselalgen in Süßwasserseen leiden unter dem Populationssterben bei kaltem Wetter. Kieselalgenarten mit schnellen intrinsischen Wachstumsraten haben anfangs ein exponentielles Populationswachstum, aber langsamer reproduzierende Arten von Kieselalgen ersetzen schließlich die schneller wachsenden Arten, wenn die Temperaturen warm. Kühlende Herbsttemperaturen verhindern, dass die langsamer wachsenden Diatomeen die Konkurrenz vollständig eliminieren. Die Wachstumsmuster dieser schnell wachsenden Kieselalgen zeigen ein schnelles Wachstum zu hohen Zahlen, einen langsamen Rückgang zurück auf niedrige Zahlen, einen Rückgang des Bevölkerungswachstums, gefolgt von einem Wintersterben. Die Tragfähigkeit des Ökosystems ist für diese Organismen ständig im Wandel, was zu Schwankungen in der numerischen Reaktion der Arten führt.

Eines der am besten untersuchten Populationswachstumsmodelle ist, wo Räuber- und Beutepopulationen zusammen schwingen; das Wachstum der Raubtierpopulation bleibt fast immer hinter dem Wachstum der Beutepopulation zurück. Dieses oszillierende Muster ist das Lotka-Volterra-Modell. In diesen Ökosystemen steuert die durch Prädation verursachte numerische Reaktion das Bevölkerungswachstum der Beute, anstatt dass knappe Ressourcen das Bevölkerungswachstum der Beute einschränken. Nachdem die Beutepopulation abnimmt, nimmt auch die Raubtierpopulation ab; die Beutepopulation wächst dann exponentiell, bis sich die Raubtierpopulation erholt. In diesen Modellen fungieren Krankheiten und Parasiten als Räuber, da sie die Sterberate der Beute erhöhen.