Modele de creștere a populației într-un ecosistem

Mulți factori afectează tiparele de creștere a populației, dar un factor este rata intrinsecă de creștere a unei specii. Rata natalității minus rata mortalității fără restricții de mediu definește o rată de creștere intrinsecă a speciei. Cu toate acestea, într-un ecosistem, limitele resurselor și prădarea afectează și creșterea populației. Există patru modele principale de creștere a populației: modelul J, creșterea logistică, fluctuația temporală și interacțiunea prădător-pradă. Creșterea populației în tipar J persistă rareori, deoarece limitările naturale impun în cele din urmă unul sau mai multe dintre celelalte trei tipare de schimbare a populației speciei.

O populație cu resurse nelimitate, fără concurență și fără prădare afișează o creștere a populației în formă de J. Cunoscută și sub numele de creștere exponențială, creșterea populației începe încet atunci când există puțini indivizi și apoi crește rapid la rata sa de creștere intrinsecă. Rata de creștere devine în curând aproape verticală. Deși acest lucru se poate întâmpla după o scufundare a populației din cauza incendiului sau a bolilor, creșterea populației în formă de J apare rar în majoritatea speciilor macro. O altă dată când apare creșterea în formă de J este atunci când o specie se mută într-un mediu nou în care nu există competiție sau prădare. Modelul de creștere al unei specii invazive, precum borcanul de cenușă smarald și crapul asiatic, demonstrează o creștere a populației în formă de J. În mod normal, creșterea populației în formă de J nu poate fi menținută mult timp, fiind în cele din urmă limitată de resurse sau concurență.

Populațiile limitate de resurse sau concurență au modele de creștere logistică. Creșterea populației începe încet și are o fază exponențială, similară creșterii în formă de J, dar trebuie să concureze pentru resurse și nu atinge niciodată rata intrinsecă de creștere. În cele din urmă, rata de creștere se reduce la o stare stabilă, atunci când mediul nu mai poate sprijini mai mulți indivizi din specie. Această stare de echilibru este capacitatea de încărcare a mediului. Uneori, populația depășește capacitatea maximă de încărcare, ducând la moartea rapidă, de obicei din cauza foametei. Populația coboară sub capacitatea de încărcare și apoi își revine încet la capacitatea de încărcare. Aceste oscilații ale creșterii populației pot continua o perioadă de timp, mai ales dacă capacitatea de încărcare se schimbă în sine.

Schimbările sezoniere au efecte mari asupra unor specii de scurtă durată, cum ar fi diatomeele și algele. Unele specii au explozii sezoniere mari de creștere a populației. Odată eliberat de circumstanțe de prădare, creșterea rapidă a algelor provoacă înflorirea algelor. Alte specii suferă de suprimare sezonieră a populației atunci când vine vremea rece. Diatomeele din lacurile de apă dulce suferă din cauza morții populației pe timp rece. Speciile de diatomee cu rate de creștere intrinseci rapide au inițial o rată de creștere exponențială a populației, dar speciile de diatomee cu reproducere mai lentă înlocuiesc în cele din urmă speciile cu creștere mai rapidă atunci când temperaturile cald. Temperaturile de cădere la răcire împiedică diatomeele cu creștere mai lentă să elimine complet concurența. Aceste modele de creștere rapidă a diatomei arată o creștere rapidă până la un număr mare, o scădere lentă înapoi la un număr scăzut, o creștere a populației în scădere, urmată de moartea de iarnă. Capacitatea de încărcare a ecosistemului este în continuă schimbare pentru aceste organisme, rezultând variații ale răspunsului numeric al speciei.

Unul dintre cele mai studiate modele de creștere a populației este acela în care populația de prădători și pradă oscilează împreună; creșterea populației prădătoare rămâne aproape întotdeauna în urma creșterii populației de pradă. Acest model oscilant este modelul Lotka-Volterra. În aceste ecosisteme, răspunsul numeric cauzat de prădare controlează creșterea populației prăzii în loc de resurse limitate care limitează creșterea populației prăzii. După scăderea populației de pradă, la fel și populația de prădători; populația de pradă crește apoi exponențial până când populația de prădători revine. În aceste modele, bolile și paraziții acționează ca prădători, deoarece cresc rata mortalității prăzii.