NexTutor
Wirtualne laboratorium/Biologia/Ekologia/Wzrost populacji — wykładniczy vs logistyczny

Wzrost populacji — wykładniczy vs logistyczny

Bez ograniczeń populacja rośnie wykładniczo. W realnym środowisku działa jednak opór środowiska — zasoby są skończone. Model logistyczny uwzględnia pojemność środowiska K: krzywa ma kształt S i spłaszcza się przy K. Największe tempo wzrostu przypada na połowę pojemności (N = K/2). Zmień r, K i N₀ i porównaj oba modele.

Biologia · Ekologia · Wzrost populacji (BIO.EKO)
Tempo wzrostu rr0.35
Pojemność KK600
Początek N0N_020
Populacja rośnie najszybciej, gdy jest…
tempo r
0.35
pojemność K
600
początek N₀
20
max dN/dt = rK/4
52.5

Co się właśnie stało?

Wykładniczo populacja rośnie coraz szybciej i nigdy nie przystaje — to model „bez hamulców". Logistycznie krzywa ma kształt litery S: najpierw przyspiesza, a od połowy pojemności zaczyna zwalniać i wypłaszcza się na poziomie KK. Marker dojechał właśnie do punktu, w którym wzrost jest najszybszy.

Wzrost wykładniczy (bez granic):

N(t)=N0ertN(t) = N_0\, e^{rt}

N0N_0 — liczebność początkowa, rr — tempo wzrostu na osobnika. Bez ograniczeń populacja podwaja się w stałym rytmie — w przyrodzie tak długo się nie da.

Wzrost logistyczny i opór środowiska:

dNdt=rN(1NK)\frac{dN}{dt} = rN\left(1 - \frac{N}{K}\right)

Czynnik (1N/K)\left(1 - N/K\right) to opór środowiska: gdy populacja zbliża się do KK, brakuje pokarmu, miejsca i zasobów, więc tempo maleje. Przy N=KN=K nawias jest zerem — wzrost się zatrzymuje. Rozwiązanie tego równania to:

N(t)=K1+KN0N0ertN(t) = \dfrac{K}{1 + \dfrac{K - N_0}{N_0}\,e^{-rt}}

Dlaczego maksimum wzrostu jest przy K/2?

Iloczyn N(1N/K)N\cdot(1 - N/K) to parabola — jest największa dokładnie w połowie, przy N=K/2N=K/2. Wtedy dN/dt=rK/4dN/dt = rK/4. Za mało osobników → mało „producentów" nowych. Za dużo → opór środowiska dławi wzrost. Złoty środek to połowa pojemności — punkt przegięcia S-krzywej.

Co oznacza K?

KK to pojemność środowiska — maksymalna liczebność, którą dany teren utrzyma na stałe. Model logistyczny dąży do KK asymptotycznie: zbliża się coraz wolniej, nigdy jej nie przekraczając.

Po co Ci to na maturze:

Porównanie krzywej J (wykładniczej) i S (logistycznej), rola pojemności KK, opór środowiska i maksimum tempa przy K/2K/2 to klasyka zadań z ekologii. Chwyt: najpierw powiedz, czy są ograniczenia zasobów — jeśli tak, krzywa jest S i kończy na KK.

Zapamiętaj: wykładniczy rośnie bez granic, logistyczny hamuje przez opór środowiska i zatrzymuje się na KK. Najszybciej populacja rośnie w połowie drogi, przy N=K/2N=K/2.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Najczęstsze pytania

Co to pojemność środowiska K?

Maksymalna liczebność populacji, jaką środowisko jest w stanie trwale utrzymać przy danych zasobach.

Kiedy wzrost jest wykładniczy?

Gdy zasoby są nieograniczone, a populacja mała względem K — na początku krzywej logistycznej wzrost jest niemal wykładniczy.

Dlaczego krzywa logistyczna się spłaszcza?

Bo w miarę zbliżania się do K rośnie opór środowiska (konkurencja o zasoby), więc tempo wzrostu maleje do zera.