Model rasta populacije pokušava predvidjeti populaciju organizma koji se razmnožava prema utvrđenim pravilima. Ovisno o tome koliko se puta organizam reproducira, koliko novih organizama svaki put stvara i koliko često se reproducira, model može predvidjeti kolika će biti populacija u određenom trenutku. Za većinu populacije postoje čimbenici koji ograničavaju rast koji smanjuju teoretski moguću populaciju. To uključuje ograničene resurse, prirodne stope smrtnosti i predatore. Različite vrste porasta stanovništva podliježu tim ograničenjima i zahtijevaju različite tipove populacijskih modela kako bi se točno predvidjelo što će stanovništvo biti u budućnosti.
Osnovni model rasta stanovništva: eksponencijalni rast
S obzirom na dovoljno hrane, vode i drugih resursa potrebnih za život, populacija se može neograničeno povećati. Eksponencijalni rast vrlo je brz i živa bića koriste tu sposobnost kad mogu. Na primjer, stanica kvasca u otopini šećera podijelit će se tako da tvore dvije stanice koje se potom dijele da bi se stvorile četiri, zatim osam, 16, 32, 64 i tako dalje. Eksponencijalna krivulja raste još brže kada životinje poput kunića imaju nekoliko mladih umjesto samo dva. Te se vrste krivulja rasta vide samo kratka razdoblja u stvarnom životu, jer prirodni ograničavajući čimbenici utječu na brzinu rasta da bi je usporili. Sve dok je na snazi eksponencijalni rast, populacije koje ga doživljavaju povećavaju se ili postaju gušće bez obzira na broj koji je već uključen u populaciju.
Kako ograničavajući čimbenici smanjuju rast stanovništva
Populacije obično ne rastu neograničeno, jer prirodni ograničavajući čimbenici zaustavljaju porast stanovništva. Dva ograničavajuća čimbenika su nedostatak resursa i smrtnost. Ako organizmi ne mogu pronaći dovoljno resursa potrebnih za uzgoj i razmnožavanje, imat će manje ili nimalo mladih, a stopa rasta populacije opada. Ako mnogi u populaciji umru zbog grabežljivaca ili bolesti, rast stanovništva se također smanjuje. Ako nedostatak resursa poput hrane ili vode uzrokuje visoku stopu smrtnosti, to također ograničava rast, ali mehanizam se u ovom slučaju razlikuje od nedostatka hrane koji jednostavno dovodi do manjeg broja poroda. Ograničavajući čimbenici imaju najveći učinak na velike populacije koje su brzo rasle.
Eksponencijalni rast s ograničavajućim čimbenicima rezultira logističkim rastom
Model logističkog rasta kombinira eksponencijalni rast s ograničavajućim čimbenicima koji djeluju za određenu populaciju. Na primjer, stanice kvasca u otopini šećera množe se kako bi proizvele eksponencijalni rast, ali njihov ograničavajući faktor može biti nedostatak hrane. Jednom kad se šećer pojede, stanice kvasca ne mogu rasti i razmnožavati se. Za neke populacije kvasca drugi ograničavajući faktor je alkohol koji proizvode. Ako u otopini ima puno šećera, neće nedostajati hrane, ali alkohol koji proizvode stanice kvasca na kraju će ih ubiti i smanjiti populaciju.
Kao rezultat ograničavajućih čimbenika, logistički rast započinje eksponencijalnim rastom kada je stanovništvo malo i ima puno hrane i vode. Kako populacija raste, ograničavajući čimbenici počinju usporavati rast, jer je hranu teže pronaći. Napokon, logistički rast predviđa stabilno stanje u kojem ima dovoljno hrane i vode da održi stanovništvo na stabilnoj razini.
Rast stanovništva može prije biti kaotičan nego logistički
Logistički rast temelji se na postupnom povećanju stanovništva do prirodnih granica stanovništva. Slaba strana ovog modela rasta stanovništva je taj što rast može biti tako brz da stanovništvo prekorači prirodnu granicu. Na primjer, zečevi koji imaju veliku zalihu trave i vode imaju vrlo često velika legla i njihova populacija može znatno premašiti zalihu hrane. U ovom slučaju kunići pojedu svu hranu, a zatim gladuju. Populacija se smanjuje na nulu, ali nekoliko zečeva preživi. Trava raste i ciklus se ponavlja na kaotičan, nepredvidljiv način. U stvarnim životnim situacijama mogući su i logistički i kaotični modeli rasta stanovništva, ali eksponencijalni model rasta primjenjuje se samo na kratka razdoblja.