Ein Populationswachstumsmodell versucht, die Population eines Organismus vorherzusagen, der sich nach festen Regeln fortpflanzt. Abhängig davon, wie oft sich ein Organismus reproduziert, wie viele neue Organismen er jedes Mal produziert und wie oft er sich reproduziert, kann das Modell vorhersagen, wie die Population zu einem bestimmten Zeitpunkt sein wird. Für die meisten Populationen gibt es wachstumslimitierende Faktoren, die die theoretisch mögliche Population reduzieren. Dazu gehören begrenzte Ressourcen, natürliche Sterberaten und Raubtiere. Verschiedene Arten des Bevölkerungswachstums unterliegen diesen Einschränkungen und erfordern verschiedene Arten von Bevölkerungsmodellen, um die zukünftige Bevölkerungszahl genau vorherzusagen.
Basismodell des Bevölkerungswachstums: Exponentielles Wachstum
Wenn genügend Nahrung, Wasser und andere für das Leben benötigte Ressourcen vorhanden sind, kann die Bevölkerung ohne Begrenzung exponentiell zunehmen. Exponentielles Wachstum ist sehr schnell und Lebewesen nutzen diese Fähigkeit, wenn sie können. Zum Beispiel teilt sich eine Hefezelle in einer Zuckerlösung, um zwei Zellen zu bilden, die sich dann teilen, um vier, dann acht, 16, 32, 64 und so weiter zu produzieren. Die Exponentialkurve steigt noch schneller an, wenn Tiere wie Kaninchen mehrere statt nur zwei Junge haben. Diese Art von Wachstumskurven werden im wirklichen Leben nur für kurze Zeiträume beobachtet, da natürliche limitierende Faktoren die Wachstumsrate beeinflussen, um sie zu verlangsamen. Solange exponentielles Wachstum wirksam ist, nehmen die Populationen, die es erfahren, zu oder werden dichter, unabhängig von der Anzahl, die bereits in der Population enthalten ist.
Wie einschränkende Faktoren das Bevölkerungswachstum reduzieren
Populationen wachsen in der Regel nicht unbegrenzt, da natürliche limitierende Faktoren das Bevölkerungswachstum stoppen. Zwei limitierende Faktoren sind Ressourcenmangel und Sterblichkeit. Wenn Organismen nicht genügend Ressourcen finden, die sie zum Wachsen und Reproduzieren benötigen, werden sie weniger oder keine Jungen haben und das Bevölkerungswachstum sinkt. Wenn viele in der Bevölkerung durch Raubtiere oder Krankheiten sterben, wird auch das Bevölkerungswachstum reduziert. Wenn Ressourcenknappheit wie Nahrung oder Wasser eine hohe Sterblichkeitsrate verursacht, schränkt dies auch das Wachstum ein, aber der Mechanismus ist hier ein anderer als ein Mangel an Nahrung, der einfach zu weniger Geburten führt. Limitierende Faktoren wirken sich am stärksten auf große Populationen aus, die schnell gewachsen sind.
Exponentielles Wachstum mit einschränkenden Faktoren führt zu logistischem Wachstum
Das logistische Wachstumsmodell kombiniert exponentielles Wachstum mit den limitierenden Faktoren, die für eine bestimmte Bevölkerung gelten. Zum Beispiel vermehren sich die Hefezellen in einer Zuckerlösung, um ein exponentielles Wachstum zu erzeugen, aber ihr limitierender Faktor kann Nahrungsmangel sein. Sobald der Zucker gegessen ist, können die Hefezellen nicht mehr wachsen und sich vermehren. Für einige Hefepopulationen ist der von ihnen produzierte Alkohol ein zweiter limitierender Faktor. Wenn die Lösung viel Zucker enthält, wird es nicht an Nahrung mangeln, aber der von den Hefezellen produzierte Alkohol wird sie schließlich abtöten und die Population reduzieren.
Aufgrund limitierender Faktoren beginnt das logistische Wachstum als exponentielles Wachstum, wenn die Bevölkerung klein ist und viel Nahrung und Wasser hat. Wenn die Bevölkerung wächst, beginnen die limitierenden Faktoren das Wachstum zu verlangsamen, da Nahrung schwerer zu finden ist. Schließlich sagt das logistische Wachstum einen stabilen Zustand voraus, in dem gerade genug Nahrung und Wasser vorhanden sind, um eine Bevölkerung auf einem konstanten Niveau zu halten.
Bevölkerungswachstum kann eher chaotisch als logistisch sein
Das logistische Wachstum basiert auf einem allmählichen Bevölkerungswachstum bis zu den natürlichen Grenzen der Bevölkerung. Eine Schwäche dieses Bevölkerungswachstumsmodells besteht darin, dass das Wachstum so schnell sein kann, dass die Bevölkerung die natürliche Grenze überschreitet. Kaninchen mit einem großen Gras- und Wasservorrat zum Beispiel neigen dazu, sehr häufig große Würfe zu haben, und ihre Population kann das Nahrungsangebot bei weitem übersteigen. In diesem Fall fressen die Kaninchen das gesamte Futter und verhungern dann. Die Population sinkt auf fast Null, aber einige Kaninchen überleben. Das Gras wächst nach und der Kreislauf wiederholt sich chaotisch, unvorhersehbar. In realen Lebenssituationen sind sowohl logistische als auch chaotische Bevölkerungswachstumsmodelle möglich, aber das exponentielle Wachstumsmodell gilt immer nur für kurze Zeiträume.