Modelli di crescita della popolazione in un ecosistema

Molti fattori influenzano i modelli di crescita della popolazione, ma un fattore è il tasso di crescita intrinseco di una specie. Il tasso di natalità meno il tasso di mortalità senza restrizioni ambientali definisce un tasso di crescita intrinseco della specie. All'interno di un ecosistema, tuttavia, anche i limiti delle risorse e la predazione influenzano la crescita della popolazione. Esistono quattro modelli principali di crescita della popolazione: modello J, crescita logistica, fluttuazione temporale e interazione predatore-preda. La crescita della popolazione del modello J raramente persiste poiché le limitazioni naturali alla fine impongono uno o più degli altri tre modelli di cambiamento della popolazione alla specie.

Una popolazione con risorse illimitate, senza concorrenza e senza predazione mostra una crescita della popolazione a forma di J. Conosciuto anche come crescita esponenziale, la crescita della popolazione inizia lentamente quando ci sono pochi individui e poi aumenta rapidamente al suo tasso di crescita intrinseco. Il tasso di crescita diventa presto quasi verticale. Sebbene ciò possa accadere dopo un crollo della popolazione a causa di incendi o malattie, la crescita della popolazione a forma di J si verifica raramente nella maggior parte delle specie macro. Un'altra volta che si verifica una crescita a forma di J è quando una specie si sposta in un nuovo ambiente dove non c'è competizione o predazione. Il modello di crescita di una specie invasiva, come la piralide di smeraldo e la carpa asiatica, dimostra una crescita della popolazione a forma di J. Normalmente, la crescita della popolazione a forma di J non può essere mantenuta a lungo, alla fine è limitata dalle risorse o dalla concorrenza.

Le popolazioni limitate dalle risorse o dalla concorrenza hanno modelli di crescita logistica. La crescita della popolazione inizia lentamente e ha una fase esponenziale, simile alla crescita a forma di J, ma deve competere per le risorse e non raggiunge mai il suo tasso di crescita intrinseco. Alla fine, il tasso di crescita si riduce a uno stato stazionario quando l'ambiente non può supportare più individui della specie. Questo stato stazionario è la capacità di carico dell'ambiente. A volte la popolazione supera la capacità di carico massima portando a una rapida morte, di solito a causa della fame. La popolazione scende al di sotto della capacità di carico, per poi tornare lentamente alla capacità di carico. Queste oscillazioni della crescita della popolazione possono continuare per qualche tempo, soprattutto se la capacità di carico stessa cambia.

I cambiamenti stagionali hanno grandi effetti su alcune specie di breve durata come le diatomee e le alghe. Alcune specie hanno grandi picchi di crescita stagionale della popolazione. Una volta liberata dalle circostanze della predazione, la rapida crescita delle alghe provoca la fioritura delle alghe. Altre specie soffrono della soppressione stagionale della popolazione quando colpisce il freddo. Le diatomee nei laghi d'acqua dolce soffrono della morte della popolazione quando fa freddo. Le specie di diatomee con rapidi tassi di crescita intrinseci hanno inizialmente un tasso di crescita esponenziale della popolazione, ma le specie di diatomee a riproduzione più lenta alla fine sostituiscono le specie a crescita più rapida quando le temperature caldo. Il raffreddamento delle temperature autunnali impedisce alle diatomee a crescita più lenta di eliminare completamente la concorrenza. I modelli di crescita di queste diatomee in rapida crescita mostrano una rapida crescita a numeri elevati, un lento crollo di nuovo a numeri bassi, un aumento della crescita della popolazione autunnale seguito dalla morte invernale. La capacità di carico dell'ecosistema è in costante mutamento per questi organismi con conseguente variazione nella risposta numerica della specie.

Uno dei modelli di crescita della popolazione più studiati è quello in cui le popolazioni di predatori e prede oscillano insieme; la crescita della popolazione dei predatori è quasi sempre in ritardo rispetto alla crescita della popolazione delle prede. Questo modello oscillante è il modello Lotka-Volterra. In questi ecosistemi, la risposta numerica causata dalla predazione controlla la crescita della popolazione della preda invece di scarse risorse che limitano la crescita della popolazione della preda. Dopo che la popolazione delle prede diminuisce, anche la popolazione dei predatori diminuisce; la popolazione di prede poi cresce in modo esponenziale fino a quando la popolazione di predatori non si riprende. In questi modelli, malattie e parassiti fungono da predatori perché aumentano il tasso di mortalità della preda.