Un modello di crescita della popolazione cerca di prevedere la popolazione di un organismo che si riproduce secondo regole fisse. A seconda di quante volte un organismo si riproduce, quanti nuovi organismi produce ogni volta e con quale frequenza si riproduce, il modello può prevedere quale sarà la popolazione in un dato momento. Per la maggior parte delle popolazioni, esistono fattori limitanti la crescita che riducono la popolazione teoricamente possibile. Questi includono risorse limitate, tassi di mortalità naturale e predatori. Diversi tipi di crescita della popolazione sono soggetti a questi vincoli e richiedono diversi tipi di modelli di popolazione per prevedere con precisione quale sarà la popolazione in futuro.
Modello base di crescita della popolazione: crescita esponenziale
Dato abbastanza cibo, acqua e altre risorse necessarie per la vita, le popolazioni possono aumentare esponenzialmente senza limiti. La crescita esponenziale è molto rapida e gli esseri viventi sfruttano questa capacità quando possono. Ad esempio, una cellula di lievito in una soluzione zuccherina si dividerà per formare due cellule che poi si dividono per produrre quattro, poi otto, 16, 32, 64 e così via. La curva esponenziale aumenta ancora più rapidamente quando animali come i conigli hanno molti piccoli invece di solo due. Questi tipi di curve di crescita sono visti solo per brevi periodi nella vita reale perché i fattori limitanti naturali influenzano il tasso di crescita per rallentarlo. Finché è in atto una crescita esponenziale, le popolazioni che la sperimentano aumentano o diventano più dense indipendentemente dal numero già incluso nella popolazione.
In che modo i fattori limitanti riducono la crescita della popolazione
Le popolazioni di solito non crescono in modo illimitato perché fattori naturali limitanti fermano l'aumento della popolazione. Due fattori limitanti sono la mancanza di risorse e la mortalità. Se gli organismi non riescono a trovare abbastanza delle risorse di cui hanno bisogno per crescere e riprodursi, avranno meno o nessun giovane e il tasso di crescita della popolazione scenderà. Se molti nella popolazione muoiono a causa di predatori o malattie, anche la crescita della popolazione si riduce. Se la mancanza di risorse come cibo o acqua provoca un alto tasso di mortalità, limita anche la crescita, ma il meccanismo in questo caso è diverso da una mancanza di cibo che porta semplicemente a un minor numero di nascite. I fattori limitanti hanno l'effetto maggiore su grandi popolazioni che sono cresciute rapidamente.
La crescita esponenziale con fattori limitanti si traduce in una crescita logistica
Il modello di crescita logistica combina la crescita esponenziale con i fattori limitanti che operano per una particolare popolazione. Ad esempio, le cellule di lievito in una soluzione zuccherina si moltiplicano per produrre una crescita esponenziale, ma il loro fattore limitante può essere la mancanza di cibo. Una volta mangiato lo zucchero, le cellule di lievito non possono crescere e moltiplicarsi. Per alcune popolazioni di lieviti, un secondo fattore limitante è l'alcol che producono. Se c'è molto zucchero nella soluzione, non mancherà il cibo, ma l'alcol prodotto dalle cellule di lievito finirà per ucciderle e ridurre la popolazione.
A causa di fattori limitanti, la crescita logistica inizia come crescita esponenziale quando una popolazione è piccola e ha molto cibo e acqua. Man mano che la popolazione cresce, i fattori limitanti iniziano a rallentare la crescita, poiché il cibo è più difficile da trovare. Infine, la crescita logistica prevede uno stato stazionario in cui c'è abbastanza cibo e acqua per mantenere una popolazione a un livello stabile.
La crescita della popolazione può essere caotica piuttosto che logistica
La crescita logistica si basa su un graduale aumento della popolazione fino ai limiti naturali della popolazione. Un punto debole in questo modello di crescita della popolazione è che la crescita può essere così rapida che la popolazione supera il limite naturale. Ad esempio, i conigli che hanno una grande scorta di erba e acqua tendono ad avere grandi cucciolate molto frequentemente e la loro popolazione può crescere fino a superare di gran lunga la disponibilità di cibo. In questo caso i conigli mangiano tutto il cibo e poi muoiono di fame. La popolazione scende vicino allo zero ma sopravvivono alcuni conigli. L'erba ricresce e il ciclo si ripete in maniera caotica e imprevedibile. In situazioni di vita reale, sono possibili modelli di crescita della popolazione sia logistici che caotici, ma il modello di crescita esponenziale si applica solo per brevi periodi.