Model populačného rastu sa snaží predpovedať populáciu organizmu, ktorý sa reprodukuje podľa stanovených pravidiel. Podľa toho, koľkokrát sa organizmus reprodukuje, koľko nových organizmov zakaždým vyprodukuje a ako často sa reprodukuje, môže model predpovedať, aká bude populácia v danom čase. Pre väčšinu populácií existujú faktory obmedzujúce rast, ktoré znižujú teoreticky možnú populáciu. Patria sem obmedzené zdroje, miera prirodzenej smrti a predátori. Rôzne typy populačného rastu podliehajú týmto obmedzeniam a vyžadujú si rôzne typy populačných modelov, aby bolo možné presne predpovedať, aká bude populácia v budúcnosti.
Základný model rastu populácie: exponenciálny rast
Vzhľadom na dostatok potravy, vody a ďalších zdrojov potrebných pre život môže populácia bez obmedzenia narastať exponenciálne. Exponenciálny rast je veľmi rýchly a živé bytosti túto schopnosť využívajú, keď môžu. Napríklad kvasinková bunka v cukrovom roztoku sa rozdelí na dve bunky, ktoré sa potom rozdelia na štyri, potom osem, 16, 32, 64 atď. Exponenciálna krivka stúpa ešte rýchlejšie, keď majú zvieratá ako králiky niekoľko mláďat namiesto iba dvoch. Tieto typy rastových kriviek sa v reálnom živote vyskytujú iba krátke obdobia, pretože na ich spomalenie vplývajú prírodné obmedzujúce faktory. Pokiaľ je exponenciálny rast v platnosti, populácie, ktoré ho zažívajú, sa zväčšujú alebo zahusťujú bez ohľadu na počet už zahrnutý v populácii.
Ako limitujúce faktory znižujú populačný rast
Populácie nerastú neobmedzeným spôsobom, pretože prirodzené limitujúce faktory zastavujú prírastok populácie. Dva limitujúce faktory sú nedostatok zdrojov a úmrtnosť. Ak organizmy nenájdu dostatok zdrojov potrebných na rast a reprodukciu, budú mať menej alebo žiadne mláďatá a rýchlosť rastu populácie klesá. Ak mnoho obyvateľov zahynie v dôsledku predátorov alebo chorôb, zníži sa aj populačný rast. Ak nedostatok zdrojov, ako sú potraviny alebo voda, spôsobuje vysokú úmrtnosť, obmedzuje to aj rast, ale mechanizmus sa v tomto prípade líši od nedostatku potravy, ktorý vedie jednoducho k menšiemu počtu pôrodov. Limitujúce faktory majú najväčší vplyv na veľkú populáciu, ktorá rýchlo rástla.
Exponenciálny rast s obmedzujúcimi faktormi vedie k logistickému rastu
Model logistického rastu kombinuje exponenciálny rast s limitujúcimi faktormi, ktoré pôsobia na konkrétnu populáciu. Napríklad kvasinkové bunky v roztoku cukru sa množia, aby produkovali exponenciálny rast, ale ich limitujúcim faktorom môže byť nedostatok potravy. Akonáhle je cukor zjedený, bunky kvasiniek nemôžu rásť a množiť sa. Pre niektoré populácie kvasiniek je druhým limitujúcim faktorom alkohol, ktorý produkujú. Ak je v roztoku veľa cukru, nebude chýbať jedlo, ale alkohol produkovaný kvasinkovými bunkami ich nakoniec zabije a zníži počet obyvateľov.
V dôsledku obmedzujúcich faktorov sa logistický rast začína ako exponenciálny rast, keď je populácia malá a má veľa jedla a vody. Ako populácia rastie, limitujúce faktory začínajú rast spomaľovať, pretože jedlo sa hľadá ťažšie. A nakoniec, logistický rast predpovedá ustálený stav, v ktorom je dostatok jedla a vody na udržanie stabilnej úrovne populácie.
Rast populácie môže byť skôr chaotický ako logistický
Logistický rast je založený na postupnom zvyšovaní populácie na prirodzené hranice populácie. Slabinou tohto modelu rastu populácie je, že rast môže byť taký rýchly, že populácia presiahne prirodzenú hranicu. Napríklad králiky, ktoré majú veľkú zásobu trávy a vody, mávajú veľmi často veľké podstielky a ich populácia môže rásť tak, že bude oveľa vyššia ako zásoba potravy. V takom prípade zajace zjedia všetko jedlo a potom hladujú. Populácia klesá takmer na nulu, ale pár králikov prežije. Tráva dorastie a cyklus sa opakuje chaoticky, nepredvídateľne. V situáciách zo skutočného života sú možné logistické aj chaotické modely rastu populácie, ale model exponenciálneho rastu platí vždy iba na krátke obdobia.