9、生物种群增长与指数模型解析

生物种群增长与指数模型解析

1. 有性生殖与种群增长基础

有性生殖为后代带来了变异性。在有性生殖过程中，后代的遗传物质由两个不同的亲代提供，且这两种遗传贡献并非简单相加，而是以意想不到的方式组合，使得后代往往与亲代有很大差异，并且每个后代之间也通常不同，这一点我们通过对比自己与父母、兄弟姐妹就能得到验证。

有性生殖所引发的变异，最大程度地增加了至少有一部分后代能适应特定环境的几率。当然，这也意味着许多后代会死亡，但在自然界中，死亡的个体可作为其他生物的食物。有性生殖广泛存在于从人类到单细胞生物（如变形虫和细菌）等各种生物中。实际上，那些生命周期中不包含有性生殖的生物非常特殊，通常会基于这一事实被归入特殊的分类类别。

2. 种群增长及其限制

2.1 种群规模的重要性

种群的规模及其变化趋势，对该种群自身、与之相互作用的其他种群以及环境都具有至关重要的意义。例如，复活节岛的波利尼西亚人口曾增长到超出岛屿资源所能承载的程度，给岛上的大多数动植物带来了灾难性的后果；生活在海雀繁殖地附近的大量海鸥，会导致海雀幼鸟的高死亡率；在疾病高峰期，受害者体内每毫升的病原体载量可达(10^9)个。

2.2 无限制的指数增长

达尔文的进化模型指出，出生的生物数量超过了能够存活的数量。假设某种生物能够无限制地繁殖，在每个繁殖周期数量翻倍，经过(N)个繁殖周期后，生物数量将达到(2^N)个；若每个繁殖周期数量增加(M)倍，则经过(N)个繁殖周期后，生物数量为(M^N)个，这种增长就是指数增长，会迅速导致数量变得极其庞大。

许多细菌每(20)分钟就能数量翻倍，每个细胞每天理论上可产生(4.7×10^