A populáció növekedési modellje megpróbálja megjósolni egy organizmus populációját, amely rögzített szabályok szerint szaporodik. Attól függően, hogy egy szervezet hányszor szaporodik, hány új szervezet termelődik minden alkalommal és milyen gyakran szaporodik, a modell megjósolhatja, hogy egy adott populáció milyen lesz. A legtöbb populáció esetében vannak olyan növekedést korlátozó tényezők, amelyek csökkentik az elméletileg lehetséges populációt. Ide tartoznak a korlátozott erőforrások, a természetes halálozási arány és a ragadozók. A népességnövekedés különböző típusaira ezek a korlátozások vonatkoznak, és különböző típusú népességmodellek megkövetelik a jövőbeni népesség pontos előrejelzését.
A népesség növekedésének alapmodellje: Exponenciális növekedés
Ha elegendő élelem, víz és egyéb erőforrás szükséges az élethez, akkor a populáció korlátlanul exponenciálisan növekedhet. Az exponenciális növekedés nagyon gyors, és az élőlények, amikor csak tudják, kihasználják ezt a képességet. Például egy élesztősejt egy cukoroldatban kettéválik, és két sejtet alkot, amelyek aztán osztódnak, így négyet, majd nyolcat, 16-ot, 32-t, 64-et és így tovább. Az exponenciális görbe még gyorsabban emelkedik, ha az állatoknak, például a nyulaknak csak két helyett több kölyke van. Az ilyen típusú növekedési görbék a való életben csak rövid ideig láthatók, mivel a természetes korlátozó tényezők befolyásolják a növekedés ütemét és lassítják azt. Amíg exponenciális növekedés van érvényben, az azt tapasztalt populációk megnövekednek vagy sűrűbbé válnak, függetlenül a már a populációban szereplő számtól.
Hogyan korlátozzák a korlátozó tényezők a népesség növekedését
A népesség általában nem növekszik korlátlanul, mert a természetes korlátozó tényezők megállítják a népesség növekedését. Két korlátozó tényező az erőforrások hiánya és a halálozás. Ha az élőlények nem találnak elegendő mennyiségű erőforrást a növekedéshez és szaporodáshoz, akkor kevesebb vagy kevesebb fia lesz, és a populáció növekedési üteme csökken. Ha a populációból sokan ragadozók vagy betegség miatt halnak meg, akkor a populáció növekedése is csökken. Ha az erőforrások hiánya, mint például az élelmiszer vagy a víz, magas halálozási arányt okoz, ez a növekedést is korlátozza, de a mechanizmus ebben az esetben eltér az élelmiszerhiánytól, amely egyszerűen kevesebb születést eredményez. A korlátozó tényezők a legnagyobb hatással vannak a gyorsan növekvő nagy populációkra.
Az exponenciális növekedés korlátozó tényezőkkel logisztikai növekedést eredményez
A logisztikai növekedési modell ötvözi az exponenciális növekedést az adott népességre érvényes korlátozó tényezőkkel. Például a cukoroldatban lévő élesztősejtek szaporodva exponenciális növekedést eredményeznek, de korlátozó tényezőjük lehet az élelmiszerhiány. A cukor elfogyasztása után az élesztősejtek nem tudnak növekedni és szaporodni. Néhány élesztőpopuláció esetében a második korlátozó tényező az általuk előállított alkohol. Ha sok cukor van az oldatban, akkor nem lesz hiány élelmiszer, de az élesztősejtek által termelt alkohol végül megöli őket, és csökkenti a populációt.
A korlátozó tényezők eredményeként a logisztikai növekedés exponenciális növekedésnek indul, amikor a népesség kicsi, és sok élelme van és vize van. A népesség növekedésével a korlátozó tényezők lassítani kezdik a növekedést, mivel az élelmiszer nehezebben megtalálható. Végül a logisztikai növekedés előrejelzi az egyensúlyi állapotot, amelyben éppen elegendő élelem és víz van ahhoz, hogy a népességet stabil szinten tartsa.
A népesség növekedése kaotikus lehet, nem pedig logisztikai
A logisztikai növekedés a népesség természetes korlátainak fokozatos növekedésén alapul. Ennek a népességnövekedési modellnek az a gyengesége, hogy a növekedés olyan gyors lehet, hogy a népesség meghaladja a természetes határt. Például azoknak a nyulaknak, amelyek nagy fű- és vízellátással rendelkeznek, általában nagyon nagy az alom, és populációjuk jóval meghaladhatja az élelmiszer-ellátást. Ebben az esetben a nyulak megeszik az összes ételt, majd éheznek. A populáció a nullához közel csökken, de néhány nyúl életben marad. A fű visszanő, és a ciklus kaotikus, kiszámíthatatlan módon ismétlődik. A valós élethelyzetekben mind a logisztikai, mind a kaotikus népességnövekedési modellek lehetségesek, de az exponenciális növekedési modell csak rövid időszakokra érvényes.