Typer av befolkningstillväxtmodeller

En befolkningstillväxtmodell försöker förutsäga befolkningen i en organism som reproducerar enligt fasta regler. Beroende på hur många gånger en organism reproducerar, hur många nya organismer den producerar varje gång och hur ofta den reproducerar kan modellen förutsäga vad befolkningen kommer att vara vid en given tidpunkt. För de flesta populationer finns det tillväxtbegränsande faktorer som minskar den teoretiskt möjliga befolkningen. Dessa inkluderar begränsade resurser, naturliga dödsfall och rovdjur. Olika typer av befolkningstillväxt är föremål för dessa begränsningar och kräver olika typer av befolkningsmodeller för att exakt förutsäga vad befolkningen kommer att bli i framtiden.

Med tanke på tillräckligt med mat, vatten och andra resurser som krävs för livet kan befolkningen öka exponentiellt utan begränsning. Exponentiell tillväxt är mycket snabb och levande saker utnyttjar denna förmåga när de kan. Till exempel kommer en jästcell i en sockerlösning att dela sig för att bilda två celler som sedan delar sig för att producera fyra, sedan åtta, 16, 32, 64 och så vidare. Den exponentiella kurvan stiger ännu snabbare när djur som kaniner har flera unga istället för bara två. Dessa typer av tillväxtkurvor ses bara under korta perioder i verkligheten eftersom naturliga begränsande faktorer påverkar tillväxttakten för att sakta ner den. Så länge exponentiell tillväxt är i kraft ökar eller blir befolkningen tätare, oavsett antalet som redan ingår i befolkningen.

Befolkningar växer vanligtvis inte på ett obegränsat sätt eftersom naturliga begränsande faktorer hindrar befolkningsökningen. Två begränsande faktorer är brist på resurser och dödlighet. Om organismer inte kan hitta tillräckligt med de resurser de behöver för att växa och reproducera, kommer de att ha färre eller inga unga och befolkningstillväxten går ner. Om många i befolkningen dör på grund av rovdjur eller sjukdom minskar också befolkningstillväxten. Om brist på resurser som mat eller vatten orsakar en hög dödlighet, begränsar det också tillväxt, men mekanismen i detta fall skiljer sig från brist på mat som helt enkelt leder till färre födslar. Begränsande faktorer har störst effekt på stora populationer som har vuxit snabbt.

Den logistiska tillväxtmodellen kombinerar exponentiell tillväxt med de begränsande faktorer som fungerar för en viss befolkning. Till exempel multiplicerar jästcellerna i en sockerlösning för att producera exponentiell tillväxt men deras begränsande faktor kan vara brist på mat. När sockret har ätits kan jästcellerna inte växa och föröka sig. För vissa jästpopulationer är den andra begränsande faktorn alkoholen de producerar. Om det finns mycket socker i lösningen kommer det inte att finnas brist på mat men alkoholen som produceras av jästcellerna kommer så småningom att döda dem och minska befolkningen.

Som ett resultat av begränsande faktorer börjar logistisk tillväxt som exponentiell tillväxt när en befolkning är liten och har mycket mat och vatten. När befolkningen växer börjar de begränsande faktorerna sakta ner tillväxten, eftersom det är svårare att hitta mat. Slutligen förutsäger logistisk tillväxt ett stabilt tillstånd där det finns tillräckligt med mat och vatten för att hålla en befolkning på en stadig nivå.

Logistisk tillväxt baseras på en gradvis befolkningsökning till befolkningens naturliga gränser. En svaghet i denna befolkningstillväxtmodell är att tillväxten kan vara så snabb att befolkningen överskrider den naturliga gränsen. Kaniner som har ett stort utbud av gräs och vatten tenderar till exempel att ha stora kullar mycket ofta och deras befolkning kan växa långt över matförsörjningen. I det här fallet äter kaninerna all mat och svälter sedan. Befolkningen sjunker till nära noll men några kaniner överlever. Gräset växer tillbaka och cykeln upprepar sig på ett kaotiskt, oförutsägbart sätt. I verkliga livssituationer är både logistiska och kaotiska befolkningstillväxtmodeller möjliga, men den exponentiella tillväxtmodellen gäller bara för korta perioder.