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28.5: Bevölkerungswachstum 431 103755
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Population Growth
 
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28.5: Population Growth

28.5: Bevölkerungswachstum 431 103755

Population size is dynamic, increasing with birth rates and immigration, and decreasing with death rates and emigration. In ideal conditions with unlimited resources, populations can increase exponentially, which plots as a J-shaped growth rate curve of population size against time. This type of curve is characteristic of newly-introduced invasive species, or populations that have suffered catastrophic declines and are rebounding.

However, realistic environmental conditions limit the number of individuals that can occupy a habitat. This limit is known as the habitat’s carrying capacity. Because of carrying capacities, population growth is generally better represented by S-shaped (logistic) curves. The population initially increases exponentially until the carrying capacity is reached, at which point resource limitations cause growth to level off or fluctuate around the carrying capacity, producing an S-shaped curve.

Exponential Growth

The per capita rate of population increase, r, is the change in population size (calculated as the present population size minus the initial population size) divided by the initial population size. When there are no environmental limits and immigration and emigration are assumed to be equal, the population can grow at its maximal rate, known as its biotic potential, or rmax. Therefore, the per capita rate of increase under unlimited conditions is rmax * N (population size). When the population size is plotted over time, this produces a J-shaped growth rate curve, representing an unchecked population explosion. For example, bacteria, like E. coli, reproduce by fission, doubling their population size every generation after being placed in a new medium. Exponential growth will continue to occur until the cells are no longer viable.

Logistic Growth

Realistic populations in nature are limited by various environmental factors including predators, prey, space, water, and other resources. Therefore, exponential growth cannot continue indefinitely. The number of individuals of a population that a habitat can support is called the carrying capacity, or K. A population’s potential rate of growth is proportional to (K-N)/K. Here, K-N is the number of individuals that can be added to the populations before it reaches capacity. Thus, (K-N)/K represents the fraction of available carrying capacity. Therefore, as the number of individuals in the population gets closer to the carrying capacity, the rate of population growth decreases. This plots as an S-shaped logistic growth rate curve characterized by initial exponential growth (due to low population size and ample resources), followed by a decrease in growth as resources become more limited. For example, populations of Anolis lizards on islands have lower growth rates than their mainland counterparts as a result of decreased access to resources and space, which lowers the carrying capacity on islands.

Bevölkerungszahlen sind dynamisch und nehmen mit den Geburtenraten und der Einwanderung zu, während sie mit den Sterberaten und der Auswanderung abnehmen. Unter idealen Bedingungen mit unbegrenzten Ressourcen kann die Bevölkerung exponentiell zunehmen, was sich als J-förmige Wachstumsratenkurve der Bevölkerungsgröße über die Zeit darstellt. Diese Art von Kurve ist charakteristisch für neu eingewanderte invasive Arten oder für Populationen, die einen katastrophalen Bevölkerungsrückgang erlitten haben und sich wieder erholen.

Realistische Umweltbedingungen begrenzen jedoch die Anzahl der Individuen, die einen Lebensraum bewohnen können. Diese Grenze wird als die Tragfähigkeit des Habitatss bezeichnet. Aufgrund der Tragfähigkeiten wird das Bevölkerungswachstum im Allgemeinen besser durch S-förmige (logistische) Wachstumskurven dargestellt. Die Population nimmt zunächst exponentiell zu, bis die Tragfähigkeit erreicht ist. An diesem Punkt führen Ressourcenbeschränkungen dazu, dass sich das Wachstum abflacht oder um die Tragfähigkeit herum schwankt, wodurch eine S-förmige Kurve entsteht.

Exponentielles Wachstum

Die Pro-Kopf-Zuwachsrate der Bevölkerung, r, ist die Veränderung der Bevölkerungsgröße (berechnet als die gegenwärtige Bevölkerungsgröße abzüglich der ursprünglichen Bevölkerungsgröße) geteilt durch die ursprüngliche Bevölkerungsgröße. Wenn es keine Umweltgrenzen gibt und man davon ausgeht, dass Ein -und Auswanderungszahlen gleich groß sind, kann die Bevölkerung mit ihrer maximalen Rate wachsen. Man bezeichnet diese als biotisches Potential oder Rmax bezeichnet wird. Daher beträgt die Pro-Kopf-Wachstumsrate unter unbegrenzten Bedingungen Rmax * N (Bevölkerungsgröße). Wenn die Bevölkerungsgröße über die Zeit dargestellt wird, ergibt dies eine J-förmige Wachstumsratenkurve, die eine unkontrollierte Bevölkerungsexplosion darstellt. Beispielsweise vermehren sich Bakterien wie E. coli durch Zellteilung und verdoppeln ihre Populationsgröße jede Generation, nachdem sie in ein neues Medium gesetzt wurden. Das exponentielle Wachstum wird so lange anhalten, bis die Zellen nicht mehr überleben können.

Logistisches Wachstum

In der Natur sind reale Populationen durch verschiedene Umweltfaktoren wie Raubtiere, Beute, Raum, Wasser und andere Ressourcen begrenzt. Daher kann das exponentielle Wachstum nicht unbegrenzt anhalten. Die Anzahl der Individuen einer Population, die ein Lebensraum tragen kann, wird als Tragfähigkeit oder K bezeichnet. Die potenzielle Wachstumsrate einer Population ist proportional zu (K-N)/K. K-N ist hier die Anzahl der Individuen, die den Populationen hinzugefügt werden können, bevor sie ihre Kapazitätsgrenze erreicht haben. Somit stellt (K-N)/K den Bruchteil der verfügbaren Tragfähigkeit dar. Wenn sich also die Anzahl der Individuen in der Bevölkerung der Tragfähigkeit annähert, nimmt die Wachstumsrate der Bevölkerung ab. Dies stellt eine S-förmige logistische Wachstumskurve dar, die durch ein anfängliches exponentielles Wachstum (aufgrund der geringen Bevölkerungszahl und der reichlichen Ressourcen) gekennzeichnet ist, worauf ein Rückgang des Wachstums folgt, wenn die Ressourcen begrenzter werden. Beispielsweise haben die Populationen von Anolis Eidechsen auf Inseln geringere Wachstumsraten als ihre Nachbarn auf dem Festland, da der Zugang zu den Ressourcen und dem Raum geringer ist, was die Tragekapazität auf den Inseln verringert.

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