集団力学

資源の豊かさは集団力学にどう影響するのか?

食料、水、空間などの環境資源の豊富さは、個体数が時間とともにどのように変化するかを決定する。 無限の資源がある場合、個体数は指数関数的に増加する。 指数関数的に増加する集団の個体数を時間とともにプロットすると、傾きがますます急になるJ字型の曲線が得られる。 この曲線は次のような式で表される。

N t >= N 0 > e rt

ここにN 0は初期の個体数、N tは将来の時点の個体数、rは増加率、tは時間、eは自然対数の底(約2.718)である。 増加率( r )は、人口の出生率と死亡率の差で決まる。 1999年、米国国勢調査局は世界の人間集団の人口増加率(r )を年率0.0129(または1.29%)と推定している。 自然界では、人口が非常に多くなると資源が制限されるため、指数関数的な速度で長期にわたって成長する集団はほとんどない。

環境資源の豊富さが、時間の経過とともに人口増加率を決定する。

資源が制限されるような環境では、集団はロジスティック成長と呼ばれる成長パターンを示す。 この場合、集団の個体数を時間とともにプロットすると、シグモイド曲線、すなわちS字型の曲線が得られる。 個体数が少ないときは、指数関数的に成長する。 しかし、個体数が増えるにつれて、資源が制限され、個体数の増加率は鈍化し、個体数曲線は平坦になる。 成長速度がゼロになったときの個体数をK(環境収容力)という。 環境収容力とは、環境が維持できる個体数の理論的な最大値である。 人間のKの見積もりには賛否両論あるが、多くは120億人程度である。

生物学者は、基本的な集団生物学の概念を使って、人口増加のための2つの戦略を区別しています。 いくつかの種は、豊富な資源を持つ環境が新しく作られたとき(例えば、森の中の新しい開拓地)、急速に成長することができる特性を持っている。 このような種はr-selected speciesと呼ばれ、通常、若いうちに繁殖し、多くの子孫を残す。 一方、K-選択種と呼ばれる種は、限られた資源をめぐって激しい競争が繰り広げられる環境での生活に適した特性を持っている。 これらの種は強い競争相手であることが多く、生殖は遅く、子孫を残す数はR-選択種より少ない。

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