Типи моделей зростання населення

Модель зростання популяції намагається передбачити популяцію організму, який розмножується за встановленими правилами. Залежно від того, скільки разів організм відтворюється, скільки нових організмів він виробляє кожен раз і як часто він розмножується, модель може передбачити, якою буде популяція в даний момент часу. Для більшості популяцій існують фактори, що обмежують ріст, що зменшують теоретично можливу чисельність населення. Сюди входять обмежені ресурси, природний рівень смертності та хижаки. Різні типи приросту населення піддаються цим обмеженням і вимагають різних типів моделей населення, щоб точно передбачити, яким буде населення в майбутньому.

Враховуючи достатню кількість їжі, води та інших ресурсів, необхідних для життя, популяція може зростати в геометричній прогресії без обмежень. Експоненціальне зростання відбувається дуже швидко, і живі істоти користуються цією можливістю, коли можуть. Наприклад, клітина дріжджів у розчині цукру поділиться, утворюючи дві клітини, які потім поділяться, утворюючи чотири, потім вісім, 16, 32, 64 тощо. Експоненціальна крива зростає ще швидше, коли у тварин, таких як кролики, є кілька молодих, а не лише два. Такі типи кривих зростання спостерігаються лише короткі періоди в реальному житті, оскільки природні обмежувальні фактори впливають на швидкість зростання, щоб уповільнити його. Поки діє експоненціальне зростання, популяції, які переживають його, збільшуються або стають більш щільними незалежно від кількості, вже включеної в популяцію.

Населення зазвичай не зростає необмежено, оскільки природні обмежувальні фактори зупиняють збільшення популяції. Два обмежувальні фактори - це брак ресурсів та смертність. Якщо організми не можуть знайти достатньо ресурсів, необхідних для вирощування та розмноження, у них буде менше або зовсім немає молодняку, і темпи приросту популяції знижуються. Якщо багато людей вмирають через хижаків чи хвороби, приріст населення також зменшується. Якщо брак таких ресурсів, як їжа або вода, спричиняє високий рівень смертності, це також обмежує зростання, але механізм у цьому випадку відрізняється від нестачі їжі, що просто призводить до меншої кількості народжень. Обмежуючі фактори найбільше впливають на великі популяції, що швидко зростають.

Модель логістичного зростання поєднує експоненціальне зростання з обмежуючими факторами, які діють для конкретного населення. Наприклад, клітини дріжджів у розчині цукру розмножуються, виробляючи експоненціальне зростання, але їх обмежуючим фактором може бути відсутність їжі. Після вживання цукру клітини дріжджів не можуть рости і розмножуватися. Для деяких популяцій дріжджів другим обмежуючим фактором є алкоголь, який вони виробляють. Якщо в розчині багато цукру, їжі не бракуватиме, але алкоголь, що виробляється дріжджовими клітинами, врешті-решт знищить їх і зменшить популяцію.

В результаті обмежуючих факторів логістичне зростання починається як експоненціальне зростання, коли населення невелике і має багато їжі та води. У міру зростання населення обмежуючі фактори починають сповільнювати ріст, оскільки їжу важче знайти. Нарешті, логістичне зростання передбачає стійкий стан, в якому їжі та води якраз достатньо, щоб утримувати населення на стабільному рівні.

Логістичне зростання базується на поступовому збільшенні чисельності населення до природних меж населення. Слабкою стороною цієї моделі приросту населення є те, що зростання може бути настільки швидким, що населення перевищує природну межу. Наприклад, у кроликів, які мають великий запас трави та води, дуже часто є великі посліди, і їх популяція може значно перевищити запаси їжі. У цьому випадку кролики з’їдають всю їжу, а потім голодують. Популяція зменшується майже до нуля, але кілька кроликів виживають. Трава відростає, і цикл повторюється хаотично, непередбачувано. У реальних життєвих ситуаціях можливі як логістичні, так і хаотичні моделі зростання населення, але модель експоненціального зростання застосовується лише протягом коротких періодів.