Wzorce wzrostu populacji w ekosystemie

Wiele czynników wpływa na wzorce wzrostu populacji, ale jednym z nich jest wewnętrzne tempo wzrostu gatunku. Wskaźnik urodzeń pomniejszony o wskaźnik śmiertelności bez ograniczeń środowiskowych określa wewnętrzne tempo wzrostu gatunku. Jednak w obrębie ekosystemu ograniczenia zasobów i drapieżnictwo również wpływają na wzrost populacji. Istnieją cztery główne wzorce wzrostu populacji: wzorzec J, wzrost logistyczny, wahania w czasie i interakcja drapieżnik-ofiara. Wzrost populacji o wzorze J rzadko utrzymuje się, ponieważ naturalne ograniczenia w końcu narzucają gatunkowi jeden lub więcej z pozostałych trzech wzorców zmian populacji.

Populacja z nieograniczonymi zasobami, bez konkurencji i bez drapieżników wykazuje wzrost populacji w kształcie litery „J”. Znany również jako wzrost wykładniczy, wzrost populacji zaczyna się powoli, gdy jest niewiele osobników, a następnie gwałtownie wzrasta w swoim wewnętrznym tempie wzrostu. Tempo wzrostu wkrótce staje się prawie pionowe. Chociaż może się to zdarzyć po spadku populacji z powodu pożaru lub choroby, wzrost populacji w kształcie litery „J” występuje rzadko u większości gatunków makro. Innym razem, gdy wzrost w kształcie litery J występuje, gdy gatunek przenosi się do nowego środowiska, w którym nie ma konkurencji ani drapieżnictwa. Wzór wzrostu gatunków inwazyjnych, takich jak omacnica szmaragdowa i karp azjatycki, wykazuje wzrost populacji w kształcie litery „J”. Normalnie wzrost populacji w kształcie litery J nie może być utrzymany przez długi czas, ostatecznie jest ograniczony przez zasoby lub konkurencję.

Populacje ograniczone zasobami lub konkurencją mają logistyczne wzorce wzrostu. Wzrost populacji zaczyna się powoli i ma fazę wykładniczą, podobną do wzrostu w kształcie litery J, ale musi konkurować o zasoby i nigdy nie osiąga swojego wewnętrznego tempa wzrostu. Ostatecznie tempo wzrostu zmniejsza się do stanu ustalonego, gdy środowisko nie jest w stanie utrzymać więcej osobników tego gatunku. Ten stan stacjonarny to nośność środowiska. Czasami populacja przekracza maksymalną nośność, co prowadzi do szybkiego wymierania, zwykle z powodu głodu. Populacja spada poniżej nośności, a następnie powoli wraca do nośności. Te wahania wzrostu populacji mogą trwać przez pewien czas, zwłaszcza jeśli zmieni się sama nośność.

Zmiany sezonowe mają duży wpływ na niektóre gatunki krótko żyjące, takie jak okrzemki i glony. Niektóre gatunki mają duże sezonowe wzrosty populacji. Po uwolnieniu przez okoliczności od drapieżników szybki wzrost glonów powoduje zakwity glonów. Inne gatunki cierpią z powodu sezonowego tłumienia populacji, gdy uderza zimno. Okrzemki w jeziorach słodkowodnych cierpią z powodu wymierania populacji w chłodne dni. Gatunki okrzemek o szybkim wewnętrznym tempie wzrostu początkowo mają wykładnicze tempo wzrostu populacji, ale wolniej rozmnażające się gatunki okrzemek ostatecznie zastępują szybciej rosnące gatunki w temperaturach ciepło. Schładzające jesienne temperatury uniemożliwiają wolniej rosnącym okrzemkom całkowite wyeliminowanie konkurencji. Te szybko rosnące wzorce wzrostu okrzemek wykazują szybki wzrost do wysokich liczebności, powolny spadek z powrotem do niskich liczebności, jesienny wzrost populacji, a następnie wymieranie zimą. Pojemność ekosystemu stale się zmienia dla tych organizmów, co skutkuje zmiennością odpowiedzi liczbowej gatunku.

Jednym z najlepiej zbadanych modeli wzrostu populacji jest sytuacja, w której populacje drapieżników i ofiar oscylują razem; wzrost populacji drapieżników prawie zawsze pozostaje w tyle za wzrostem populacji ofiar. Ten oscylujący wzór to model Lotki-Volterra. W tych ekosystemach reakcja liczbowa spowodowana przez drapieżnictwo kontroluje wzrost populacji ofiary, zamiast ograniczonych zasobów ograniczających wzrost populacji ofiary. Po zmniejszeniu się populacji ofiar spada populacja drapieżników; populacja ofiar następnie rośnie wykładniczo, aż do odbicia populacji drapieżników. W tych modelach choroby i pasożyty działają jak drapieżniki, ponieważ zwiększają śmiertelność ofiar.