ประเภทของแบบจำลองการเติบโตของประชากร

แบบจำลองการเติบโตของประชากรพยายามทำนายจำนวนประชากรของสิ่งมีชีวิตที่ขยายพันธุ์ตามกฎตายตัว ขึ้นอยู่กับจำนวนสิ่งมีชีวิตที่ทำซ้ำ จำนวนสิ่งมีชีวิตใหม่ที่มันผลิตในแต่ละครั้งและความถี่ของการขยายพันธุ์ แบบจำลองสามารถทำนายว่าประชากรจะเป็นอย่างไรในช่วงเวลาที่กำหนด สำหรับประชากรส่วนใหญ่ มีปัจจัยจำกัดการเติบโตที่ลดจำนวนประชากรที่เป็นไปได้ในทางทฤษฎี ซึ่งรวมถึงทรัพยากรที่จำกัด อัตราการตายตามธรรมชาติ และผู้ล่า การเติบโตของประชากรประเภทต่างๆ ขึ้นอยู่กับข้อจำกัดเหล่านี้ และต้องใช้แบบจำลองประชากรประเภทต่างๆ เพื่อทำนายอย่างแม่นยำว่าประชากรจะเป็นอย่างไรในอนาคต

เมื่อได้รับอาหาร น้ำ และทรัพยากรอื่นๆ ที่เพียงพอต่อชีวิตแล้ว ประชากรก็จะเพิ่มขึ้นอย่างทวีคูณโดยไม่มีขีดจำกัด การเติบโตแบบทวีคูณนั้นรวดเร็วมากและสิ่งมีชีวิตใช้ประโยชน์จากความสามารถนี้เมื่อทำได้ ตัวอย่างเช่น เซลล์ยีสต์ในสารละลายน้ำตาลจะแบ่งตัวออกเป็นสองเซลล์ จากนั้นแบ่งเซลล์ออกเป็นสี่เซลล์ จากนั้นเป็นแปด, 16, 32, 64 และอื่นๆ เส้นโค้งเลขชี้กำลังจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วยิ่งขึ้นเมื่อสัตว์เช่นกระต่ายมีลูกหลายตัวแทนที่จะเป็นเพียงสองตัว เส้นโค้งการเติบโตประเภทนี้จะเห็นได้ในช่วงเวลาสั้นๆ ในชีวิตจริงเท่านั้น เนื่องจากปัจจัยจำกัดตามธรรมชาติส่งผลต่ออัตราการเติบโตเพื่อทำให้ช้าลง ตราบใดที่การเติบโตแบบทวีคูณมีผล ประชากรที่ประสบกับมันจะเพิ่มขึ้นหรือหนาแน่นขึ้นโดยไม่คำนึงถึงจำนวนที่รวมอยู่ในประชากรแล้ว

ประชากรมักไม่เติบโตอย่างไม่จำกัด เนื่องจากปัจจัยจำกัดตามธรรมชาติทำให้จำนวนประชากรเพิ่มขึ้น ปัจจัยจำกัดสองประการคือการขาดทรัพยากรและการตาย หากสิ่งมีชีวิตไม่สามารถหาทรัพยากรที่จำเป็นในการเติบโตและขยายพันธุ์ได้เพียงพอ พวกมันจะมีลูกน้อยลงหรือไม่มีเลย และอัตราการเติบโตของประชากรก็ลดลง หากประชากรจำนวนมากเสียชีวิตเนื่องจากสัตว์กินเนื้อหรือโรคภัยไข้เจ็บ การเติบโตของประชากรก็จะลดลงด้วย หากการขาดทรัพยากรเช่นอาหารหรือน้ำทำให้อัตราการตายสูง มันก็จำกัดการเติบโตเช่นกัน แต่กลไกในกรณีนี้แตกต่างจากการขาดอาหารเพียงนำไปสู่การเกิดน้อยลง ปัจจัยจำกัดมีผลกระทบมากที่สุดต่อประชากรจำนวนมากที่เติบโตอย่างรวดเร็ว

โมเดลการเติบโตด้านลอจิสติกส์รวมการเติบโตแบบทวีคูณกับปัจจัยจำกัดที่ทำงานสำหรับประชากรเฉพาะ ตัวอย่างเช่น เซลล์ยีสต์ในสารละลายน้ำตาลจะเพิ่มจำนวนขึ้นเพื่อให้เกิดการเติบโตแบบทวีคูณ แต่ปัจจัยจำกัดของพวกมันอาจขาดอาหาร เมื่อกินน้ำตาลแล้ว เซลล์ของยีสต์จะไม่สามารถเติบโตและเพิ่มจำนวนได้ สำหรับประชากรยีสต์บางกลุ่ม ปัจจัยจำกัดที่สองคือแอลกอฮอล์ที่ผลิตได้ หากมีน้ำตาลมากในสารละลาย อาหารจะไม่ขาด แต่แอลกอฮอล์ที่ผลิตโดยเซลล์ยีสต์จะฆ่าพวกมันและลดจำนวนประชากรลง

เป็นผลมาจากปัจจัยจำกัด การเติบโตด้านลอจิสติกส์เริ่มต้นเป็นการเติบโตแบบทวีคูณเมื่อประชากรมีขนาดเล็กและมีอาหารและน้ำจำนวนมาก เมื่อจำนวนประชากรเพิ่มขึ้น ปัจจัยจำกัดก็เริ่มชะลอการเติบโต เนื่องจากอาหารหายาก ในที่สุด การเติบโตด้านลอจิสติกส์คาดการณ์ถึงสภาวะคงที่ซึ่งมีอาหารและน้ำเพียงพอที่จะรักษาจำนวนประชากรให้คงที่

การเติบโตทางลอจิสติกส์ขึ้นอยู่กับจำนวนประชากรที่เพิ่มขึ้นทีละน้อยจนถึงขีดจำกัดตามธรรมชาติของประชากร จุดอ่อนในแบบจำลองการเติบโตของประชากรนี้คือ การเติบโตสามารถทำได้อย่างรวดเร็วจนประชากรเกินขีดจำกัดตามธรรมชาติ ตัวอย่างเช่น กระต่ายที่มีหญ้าและน้ำจำนวนมากมักจะมีลูกครอกขนาดใหญ่บ่อยครั้ง และประชากรของกระต่ายสามารถเติบโตได้เกินกว่าแหล่งอาหาร ในกรณีนี้กระต่ายกินอาหารจนหมดและอดอาหาร ประชากรลดลงจนเกือบเป็นศูนย์ แต่มีกระต่ายสองสามตัวรอดมาได้ หญ้าก็งอกกลับมาและวัฏจักรซ้ำไปซ้ำมาในลักษณะที่วุ่นวายและคาดเดาไม่ได้ ในสถานการณ์ในชีวิตจริง โมเดลการเติบโตของประชากรทั้งแบบลอจิสติกส์และแบบโกลาหลเป็นไปได้ แต่แบบจำลองการเติบโตแบบทวีคูณจะใช้ได้เฉพาะในช่วงเวลาสั้นๆ