Typer av befolkningsvekstmodeller

En populasjonsvekstmodell prøver å forutsi befolkningen i en organisme som reproduserer seg etter faste regler. Avhengig av hvor mange ganger en organisme reproduserer, hvor mange nye organismer den produserer hver gang og hvor ofte den reproduserer, kan modellen forutsi hva befolkningen vil være på et gitt tidspunkt. For de fleste populasjoner er det vekstbegrensende faktorer som reduserer den teoretisk mulige befolkningen. Disse inkluderer begrensede ressurser, naturlige dødsfall og rovdyr. Ulike typer befolkningsvekst er underlagt disse begrensningene og krever forskjellige typer befolkningsmodeller for å forutsi nøyaktig hva befolkningen vil være i fremtiden.

Gitt nok mat, vann og andre ressurser som kreves for livet, kan befolkningen øke eksponentielt uten begrensning. Eksponensiell vekst er veldig rask, og levende ting utnytter denne muligheten når de kan. For eksempel vil en gjærcelle i en sukkeroppløsning dele seg for å danne to celler som deretter deler seg for å produsere fire, deretter åtte, 16, 32, 64 og så videre. Den eksponentielle kurven stiger enda raskere når dyr som kaniner har flere unger i stedet for bare to. Disse typer vekstkurver ses i bare korte perioder i det virkelige liv fordi naturlige begrensende faktorer påvirker veksthastigheten for å redusere den. Så lenge eksponentiell vekst er i kraft, øker eller blir befolkningen som opplever den tettere uavhengig av antallet som allerede er inkludert i befolkningen.

Befolkningen vokser vanligvis ikke på en ubegrenset måte fordi naturlige begrensende faktorer stopper befolkningsøkningen. To begrensende faktorer er mangel på ressurser og dødelighet. Hvis organismer ikke finner nok av ressursene de trenger for å vokse og reprodusere, vil de ha færre eller ingen unger, og befolkningsveksten går ned. Hvis mange i befolkningen dør på grunn av rovdyr eller sykdom, reduseres også befolkningsveksten. Hvis mangel på ressurser som mat eller vann forårsaker høy dødelighet, begrenser det også vekst, men mekanismen i dette tilfellet er forskjellig fra mangel på mat som bare fører til færre fødsler. Begrensende faktorer har størst effekt på store populasjoner som har vokst raskt.

Den logistiske vekstmodellen kombinerer eksponentiell vekst med de begrensende faktorene som fungerer for en bestemt befolkning. Gjærcellene i en sukkeroppløsning multipliserer for eksempel for å produsere eksponentiell vekst, men deres begrensende faktor kan være mangel på mat. Når sukkeret er spist, kan ikke gjærcellene vokse og formere seg. For noen gjærpopulasjoner er den andre begrensende faktoren alkoholen de produserer. Hvis det er mye sukker i løsningen, vil det ikke være mangel på mat, men alkoholen som produseres av gjærcellene vil til slutt drepe dem og redusere befolkningen.

Som et resultat av begrensende faktorer, starter logistisk vekst som eksponentiell vekst når en befolkning er liten og har mye mat og vann. Når befolkningen vokser, begynner de begrensende faktorene å bremse veksten, ettersom mat er vanskeligere å finne. Til slutt forutsier logistisk vekst en jevn tilstand der det er akkurat nok mat og vann til å holde en befolkning på et jevnt nivå.

Logistisk vekst er basert på en gradvis befolkningsøkning til de naturlige grensene for befolkningen. En svakhet i denne befolkningsvekstmodellen er at veksten kan være så rask at befolkningen overskrider den naturlige grensen. For eksempel har kaniner som har en stor tilførsel av gress og vann en tendens til å ha store kull veldig ofte, og deres populasjon kan vokse til å overstige matforsyningen. I dette tilfellet spiser kaninene all maten og sulter deretter. Befolkningen synker til nær null, men noen få kaniner overlever. Gresset vokser tilbake og syklusen gjentar seg på en kaotisk, uforutsigbar måte. I virkelige situasjoner er både logistiske og kaotiske befolkningsvekstmodeller mulige, men den eksponensielle vekstmodellen gjelder bare i korte perioder.