Τύποι μοντέλων ανάπτυξης πληθυσμού

Ένα μοντέλο αύξησης του πληθυσμού προσπαθεί να προβλέψει τον πληθυσμό ενός οργανισμού που αναπαράγεται σύμφωνα με σταθερούς κανόνες. Ανάλογα με το πόσες φορές ένας οργανισμός αναπαράγεται, πόσους νέους οργανισμούς παράγει κάθε φορά και πόσο συχνά αναπαράγεται, το μοντέλο μπορεί να προβλέψει ποιος θα είναι ο πληθυσμός σε μια δεδομένη στιγμή. Για τους περισσότερους πληθυσμούς, υπάρχουν παράγοντες που περιορίζουν την ανάπτυξη που μειώνουν τον θεωρητικά δυνατό πληθυσμό. Αυτά περιλαμβάνουν περιορισμένους πόρους, φυσικά ποσοστά θανάτου και θηρευτές. Διαφορετικοί τύποι αύξησης του πληθυσμού υπόκεινται σε αυτούς τους περιορισμούς και απαιτούν διαφορετικούς τύπους μοντέλων πληθυσμού για να προβλέψουν με ακρίβεια ποιος θα είναι ο πληθυσμός στο μέλλον.

Λαμβάνοντας υπόψη αρκετή τροφή, νερό και άλλους πόρους που απαιτούνται για τη ζωή, οι πληθυσμοί μπορούν να αυξηθούν εκθετικά χωρίς όριο. Η εκθετική ανάπτυξη είναι πολύ γρήγορη και τα ζωντανά πράγματα εκμεταλλεύονται αυτήν την ικανότητα όταν μπορούν. Για παράδειγμα, ένα κύτταρο ζύμης σε ένα διάλυμα σακχάρου θα διαιρεθεί για να σχηματίσει δύο κύτταρα τα οποία στη συνέχεια χωρίζονται για να παράγουν τέσσερα, στη συνέχεια οκτώ, 16, 32, 64 και ούτω καθεξής. Η εκθετική καμπύλη αυξάνεται ακόμη πιο γρήγορα όταν ζώα όπως τα κουνέλια έχουν αρκετά νεαρά αντί για δύο. Αυτοί οι τύποι καμπυλών ανάπτυξης παρατηρούνται μόνο για μικρές περιόδους στην πραγματική ζωή, επειδή οι φυσικοί περιοριστικοί παράγοντες επηρεάζουν τον ρυθμό ανάπτυξης για να τον επιβραδύνει. Όσο ισχύει η εκθετική ανάπτυξη, οι πληθυσμοί που το βιώνουν αυξάνονται ή γίνονται πιο πυκνοί ανεξάρτητα από τον αριθμό που ήδη περιλαμβάνεται στον πληθυσμό.

Οι πληθυσμοί συνήθως δεν αυξάνονται με απεριόριστο τρόπο, επειδή οι φυσικοί περιοριστικοί παράγοντες εμποδίζουν την αύξηση του πληθυσμού. Δύο περιοριστικοί παράγοντες είναι η έλλειψη πόρων και η θνησιμότητα. Εάν οι οργανισμοί δεν μπορούν να βρουν αρκετούς πόρους που χρειάζονται για να αναπτυχθούν και να αναπαραχθούν, θα έχουν λιγότερους ή καθόλου νέους και ο ρυθμός αύξησης του πληθυσμού μειώνεται. Εάν πολλοί στον πληθυσμό πεθαίνουν λόγω αρπακτικών ή ασθενειών, η αύξηση του πληθυσμού μειώνεται επίσης. Εάν η έλλειψη πόρων όπως η τροφή ή το νερό προκαλεί υψηλό ποσοστό θνησιμότητας, περιορίζει επίσης την ανάπτυξη, αλλά ο μηχανισμός σε αυτήν την περίπτωση είναι διαφορετικός από την έλλειψη τροφής που οδηγεί απλώς σε λιγότερες γεννήσεις. Οι περιοριστικοί παράγοντες έχουν τη μεγαλύτερη επίδραση στους μεγάλους πληθυσμούς που έχουν αναπτυχθεί γρήγορα.

Το μοντέλο λογιστικής ανάπτυξης συνδυάζει την εκθετική ανάπτυξη με τους περιοριστικούς παράγοντες που λειτουργούν για έναν συγκεκριμένο πληθυσμό. Για παράδειγμα, τα κύτταρα ζύμης σε ένα διάλυμα σακχάρου πολλαπλασιάζονται για να παράγουν εκθετική ανάπτυξη, αλλά ο περιοριστικός παράγοντας τους μπορεί να είναι η έλλειψη τροφής. Μόλις καταναλωθεί η ζάχαρη, τα κύτταρα ζύμης δεν μπορούν να αναπτυχθούν και να πολλαπλασιαστούν. Για ορισμένους πληθυσμούς ζύμης, ένας δεύτερος περιοριστικός παράγοντας είναι το αλκοόλ που παράγουν. Εάν υπάρχει πολλή ζάχαρη στο διάλυμα, δεν θα υπάρχει έλλειψη τροφής, αλλά το αλκοόλ που παράγεται από τα κύτταρα ζύμης θα τους σκοτώσει τελικά και θα μειώσει τον πληθυσμό.

Ως αποτέλεσμα περιοριστικών παραγόντων, η υλικοτεχνική ανάπτυξη ξεκινά ως εκθετική ανάπτυξη όταν ένας πληθυσμός είναι μικρός και έχει πολλά τρόφιμα και νερό. Καθώς ο πληθυσμός αυξάνεται, οι περιοριστικοί παράγοντες αρχίζουν να επιβραδύνουν την ανάπτυξη, καθώς τα τρόφιμα είναι πιο δύσκολο να βρεθούν. Τέλος, η υλικοτεχνική ανάπτυξη προβλέπει μια σταθερή κατάσταση στην οποία υπάρχει αρκετό φαγητό και νερό για να διατηρηθεί ένας πληθυσμός σε σταθερό επίπεδο.

Η υλικοτεχνική ανάπτυξη βασίζεται σε μια σταδιακή αύξηση του πληθυσμού στα φυσικά όρια του πληθυσμού. Μια αδυναμία σε αυτό το μοντέλο αύξησης του πληθυσμού είναι ότι η ανάπτυξη μπορεί να είναι τόσο γρήγορη που ο πληθυσμός υπερβαίνει το φυσικό όριο. Για παράδειγμα, τα κουνέλια που έχουν μεγάλη ποσότητα χόρτου και νερού τείνουν να έχουν μεγάλα απορρίμματα πολύ συχνά και ο πληθυσμός τους μπορεί να αυξηθεί κατά πολύ να υπερβεί την προσφορά τροφίμων. Σε αυτήν την περίπτωση τα κουνέλια τρώνε όλο το φαγητό και στη συνέχεια λιμοκτονούν. Ο πληθυσμός πέφτει στο μηδέν, αλλά επιβιώνουν μερικά κουνέλια. Το γρασίδι μεγαλώνει και ο κύκλος επαναλαμβάνεται με χαοτικό, απρόβλεπτο τρόπο. Σε πραγματικές καταστάσεις ζωής, είναι δυνατά τόσο τα λογιστικά όσο και τα χαοτικά μοντέλα αύξησης του πληθυσμού, αλλά το εκθετικό μοντέλο ανάπτυξης ισχύει μόνο για μικρές περιόδους.