Populasjonsdynamikk

Populasjonsdynamikk er en gren av økologi som bruker matematiske modeller for å studere variasjoner innenfor en populasjon over tid. En populasjon blir påvirket av biotisk faktorer som fødselsrate og dødsrate og abiotiske faktorer, og vil alltid være et dynamisk system.
En vanlig matematisk beskrivelse av en bestand er gitt som:
der N1 er bestanden av en populasjon på et gitt tidspunk (1), som er avhengig av fødsler (F), dødsfall (D), innvandring (I) og utvanding (U) siden forrige måling (N0). Ved å beregne hvordan de forskjellige faktorene blir påvirket av ytre omstendigheter og hvordan de påvirker hverandre, er det mulig å gi anslag over populasjonsvekst (eller -fall) framover i tid.
Bestander vil stort sett vokse eksponentielt til den har nådd grensen for hvor mye plass eller næring som er tilgjengelig. Deretter vil veksten flate ut etter hvert som dødsraten stiger som et resultat av sult og plassmangel, og/eller fødselsraten synker på grunn av det samme. Et slikt system vil gi en S-formet vekstkurve. Et typisk eksempel på et slikt forenklet system er bakterier i et petriskål, som vil vokse så lenge det er tilgjengelige resurser. Hos dyr med seksuell formering, der unge dyr er mindre enn sine foreldre og derved trenger mindre mat, vil bestanden vokse forbi den økologisk bæreevnen i systemet målt i antall individer. Man vil derfor kunne få en bestandskollaps, både fordi det er flere individer enn leveområdet kan bære, og fordi bestanden bruker opp resursene og foringer områdets bæreevne.
Når flere populasjoner som gjensidig påvirker hverandre modelleres sammen, kan de gi opphav til mer eller mindre stabile bestandsvingninger (fluktuasjon). Et mye sitert eksempel er snøskohare- og gaupebestanden i Canada. Når det er mange harer, vil mange gaupeunger vokse opp, og gi en stor gaupebestand neste år. Den store gaupebestanden vil spise såpass mange harer at bestanden synker og er lavere året etter, og derved vil også gaupebestanden synke det påfølgende året fordi færre gaupeunger vokser opp. Med en lav gaupebestand vil mange harer vokse opp, og derved begynner syklusen på nytt. Så lange artene ikke utsettes for andre ytre faktorer (andre rovdyr, vær og vind), vil slike svingninger kunne holde seg stabile over lang tid.
De periodiske forekomstene av lemen har også vært knyttet til rovdyr på samme måte, særlig små og kortlivede arter som røyskatt og snømus. En annen tolkning av svingningene går på at det er plantene som lemenene spiser som utvikler giftstoffer, slik at bestanden av lemen synker etter et lemenår. Dette er matematisk sett et tilsvarende system som predator-byttedyrsvingninger, bortsett fra at i dette tilfellet er lemenen predator.
De forholdsvis enkle matematiske modellene som ligger bak populasjonsdynamikk er helt sentrale i økologien. Modellene brukes som deler av større modellsystemer. Ved å sette sammen flere populasjoner med gjensidig utveksling av individer gjennom migrasjon for man metapopulasjonsdynamikk, og ved å kombinere denne med biogeografi for man landskapsøkologi.
Ideen bak populasjonsdynamikk er av ganske gammel dato, og skriver seg tilbake til Thomas Malthus og hans Principle of Population som beskrev eksponentiell vekst hos mennesker under den industrielle revolusjon i England på 1700-tallet. Malthus' forståelse av befolkningsvekst inspirerte både sosiale reformer og var avgjørende for oppdagelsen av evolusjonsteorien på midten av 1800-tallet. Pupulasjonsdynamikk brukes i dag ikke bare innenfor de økologiske disiplinene, men er også underlaget for forståelse og utviklingen til befolkning, både regionalt og globalt.