Rodzaje modeli wzrostu populacji

Model wzrostu populacji próbuje przewidzieć populację organizmu, który rozmnaża się według ustalonych reguł. W zależności od tego, ile razy organizm się rozmnaża, ile nowych organizmów wytwarza za każdym razem i jak często się rozmnaża, model może przewidzieć, jaka będzie populacja w danym czasie. W przypadku większości populacji istnieją czynniki ograniczające wzrost, które zmniejszają teoretycznie możliwą populację. Należą do nich ograniczone zasoby, naturalna śmiertelność i drapieżniki. Różne rodzaje wzrostu populacji podlegają tym ograniczeniom i wymagają różnych typów modeli populacji, aby dokładnie przewidzieć, jaka będzie populacja w przyszłości.

Przy wystarczającej ilości żywności, wody i innych zasobów potrzebnych do życia populacje mogą rosnąć wykładniczo bez ograniczeń. Wzrost wykładniczy jest bardzo szybki, a żywe stworzenia wykorzystują tę zdolność, kiedy tylko mogą. Na przykład komórka drożdży w roztworze cukru podzieli się, tworząc dwie komórki, które następnie dzielą się na cztery, potem osiem, 16, 32, 64 i tak dalej. Krzywa wykładnicza rośnie jeszcze szybciej, gdy zwierzęta takie jak króliki mają kilka młodych, a nie tylko dwa. Tego typu krzywe wzrostu są widoczne tylko przez krótkie okresy w prawdziwym życiu, ponieważ naturalne czynniki ograniczające wpływają na tempo wzrostu, aby go spowolnić. Dopóki obowiązuje wzrost wykładniczy, populacje, które go doświadczają, zwiększają się lub stają się gęstsze, niezależnie od liczby już uwzględnionej w populacji.

Populacje zwykle nie rosną w nieograniczony sposób, ponieważ naturalne czynniki ograniczające powstrzymują wzrost populacji. Dwa czynniki ograniczające to brak zasobów i śmiertelność. Jeśli organizmy nie mogą znaleźć wystarczających zasobów potrzebnych do wzrostu i rozmnażania, będą miały mniej młodych lub wcale, a tempo wzrostu populacji spadnie. Jeśli wiele osób w populacji umiera z powodu drapieżników lub chorób, zmniejsza się również wzrost populacji. Jeśli brak zasobów, takich jak żywność lub woda, powoduje wysoką śmiertelność, to również ogranicza wzrost, ale w tym przypadku mechanizm różni się od braku pożywienia prowadzącego po prostu do mniejszej liczby urodzeń. Czynniki ograniczające mają największy wpływ na duże populacje, które szybko się rozrosły.

Logistyczny model wzrostu łączy wzrost wykładniczy z czynnikami ograniczającymi, które działają dla określonej populacji. Na przykład komórki drożdży w roztworze cukru namnażają się, aby wytworzyć wykładniczy wzrost, ale ich czynnikiem ograniczającym może być brak pożywienia. Po zjedzeniu cukru komórki drożdży nie mogą rosnąć i rozmnażać się. W przypadku niektórych populacji drożdży drugim czynnikiem ograniczającym jest produkowany przez nie alkohol. Jeśli w roztworze jest dużo cukru, nie zabraknie pożywienia, ale alkohol wytwarzany przez komórki drożdży w końcu je zabije i zmniejszy populację.

W wyniku czynników ograniczających wzrost logistyczny zaczyna się jako wzrost wykładniczy, gdy populacja jest mała i ma dużo pożywienia i wody. Wraz ze wzrostem populacji czynniki ograniczające zaczynają spowalniać wzrost, ponieważ coraz trudniej jest znaleźć żywność. Wreszcie, wzrost logistyczny przewiduje stan stacjonarny, w którym jest wystarczająca ilość żywności i wody, aby utrzymać populację na stałym poziomie. .

Wzrost logistyczny opiera się na stopniowym wzroście populacji do naturalnych granic populacji. Słabością tego modelu wzrostu populacji jest to, że wzrost może być tak szybki, że populacja przekracza naturalny limit. Na przykład króliki, które mają dużą podaż trawy i wody, często mają duże mioty, a ich populacja może znacznie przekroczyć zasoby pokarmowe. W tym przypadku króliki zjadają całą żywność, a następnie głodują. Populacja spada prawie do zera, ale kilka królików przeżywa. Trawa odrasta, a cykl powtarza się w chaotyczny, nieprzewidywalny sposób. W rzeczywistych sytuacjach możliwe są zarówno logistyczne, jak i chaotyczne modele wzrostu populacji, ale wykładniczy model wzrostu ma zastosowanie tylko przez krótkie okresy.