人口増加モデルは、固定されたルールに従って繁殖する生物の人口を予測しようとします。 生物が複製する回数、毎回生成する新しい生物の数、および複製する頻度に応じて、モデルは特定の時間に個体数がどうなるかを予測できます。 ほとんどの集団には、理論的に可能な集団を減らす成長制限要因があります。 これらには、限られた資源、自然死亡率、捕食者が含まれます。 さまざまなタイプの人口増加はこれらの制約の対象であり、将来の人口を正確に予測するには、さまざまなタイプの人口モデルが必要です。
基本的な人口増加モデル：指数関数的成長
生活に必要な十分な食料、水、その他の資源があれば、人口は無制限に指数関数的に増加する可能性があります。 指数関数的成長は非常に急速であり、生物は可能な場合にこの機能を利用します。 たとえば、砂糖溶液中の酵母細胞は分裂して2つの細胞を形成し、次に分裂して4つ、次に8つ、16、32、64などを生成します。 ウサギなどの動物に2匹ではなく数匹の若い動物がいる場合、指数曲線はさらに急速に上昇します。 これらのタイプの成長曲線は、自然の制限要因が成長速度に影響を与えて速度を低下させるため、実際の生活では短期間しか見られません。 指数関数的成長が有効である限り、指数関数的成長を経験する人口は、人口にすでに含まれている数に関係なく、増加するか、より密になります。
制限要因が人口増加をどのように減少させるか
自然の制限要因が人口の増加を止めるため、人口は通常無制限に増加することはありません。 2つの制限要因は、リソースの不足と死亡率です。 生物が成長して繁殖するのに必要な十分な資源を見つけることができない場合、生物はより少なくなるか、まったく若くならず、個体数の増加率は低下します。 捕食者や病気のために人口の多くが死亡した場合、人口増加も減少します。 食料や水などの資源の不足が高い死亡率を引き起こす場合、それはまた成長を制限しますが、この場合のメカニズムは単に食料の不足が出生数の減少につながることとは異なります。 制限要因は、急速に成長している大規模な人口に最大の影響を及ぼします。
制限要因による指数関数的成長はロジスティック成長をもたらします
ロジスティック成長モデルは、指数関数的成長と特定の母集団に対して機能する制限要因を組み合わせたものです。 たとえば、砂糖溶液中の酵母細胞は増殖して指数関数的に成長しますが、それらの制限要因は食物の不足である可能性があります。 砂糖が食べられると、酵母細胞は成長して増殖することができなくなります。 一部の酵母集団では、2番目の制限要因はそれらが生成するアルコールです。 溶液に糖分が多い場合、食物が不足することはありませんが、酵母細胞によって生成されたアルコールは最終的にそれらを殺し、人口を減らします。
制限要因の結果として、人口が少なく、食料と水が豊富な場合、ロジスティック成長は指数関数的成長として始まります。 人口が増えると、食べ物を見つけるのが難しくなるため、制限要因が成長を遅らせ始めます。 最後に、ロジスティック成長は、人口を安定したレベルに保つのに十分な食料と水がある定常状態を予測します。
人口増加はロジスティックではなく混沌としている可能性があります
ロジスティック成長は、人口の自然な限界まで徐々に人口が増加することに基づいています。 この人口増加モデルの弱点は、人口が自然の限界を超えるほど急速に増加する可能性があることです。 たとえば、草や水を大量に供給しているウサギは、ごみが非常に多い傾向があり、その個体数は食料供給をはるかに超えるまで成長する可能性があります。 この場合、ウサギはすべての食物を食べてから飢えます。 個体数はゼロ近くまで減少しますが、数匹のウサギが生き残ります。 草は元に戻り、そのサイクルは混沌とした予測不可能な方法で繰り返されます。 実生活の状況では、ロジスティックとカオスの両方の人口増加モデルが可能ですが、指数関数的成長モデルは短期間しか適用されません。