В природных экосистемах изменения численности и плотности популяции в основном определяются соотношением рождаемости и смертности, на которые оказывают влияние абиотические и биотические факторы. Определенное значение имеют также миграционные процессы. В оптимальных условиях при наличии всех необходимых для развития популяции ресурсов (при максимальной рождаемости и минимальной смертности) скорость роста ее всегда принимает положительное значение, так как численность потомства обычно во много раз превышает численность родителей. Численность популяции в этих условиях, т. е. при отсутствии сопротивления среды, под которыми в экологии понимают любое неблагоприятное воздействие, увеличивается в геометрической (экспоненциальной) зависимости, а в самой популяции устанавливается стабильная возрастная структура (рис. 19.3).
Указанная способность к экспоненциальному росту численности популяции в оптимальных условиях среды свойственна всем живым организмам. Так, дрожжевые клетки, при наличии условий для полной реализации присущего им биотического потенциала, могли бы освоить всю поверхность земного шара за несколько часов. Крупным организмам потребовалось бы для этого несколько десятилетий или столетий. Однако биотический потенциал реализуется организмами со значительной степенью только в отдельных случаях и лишь в течение короткого времени. Обычно же в природных популяциях экспоненциальный рост их численности постепенно тормозится вследствие увеличения сопротивления среды; истощения жизненных ресурсов, и т. п. Когда численность достигнет предельной величины, возможной в данных условиях, рост популяции вовсе прекращается.
Графически динамика численности популяции при увеличении сопротивления среды выражается S-образной (логистической) кривой (рис. 19.3, Б). В дальнейшем численность составляющих популяцию особей колеблется на уровне, соответствующем поддерживающей емкости среды, т. е. того максимального количества особей, которое может существовать в данных условиях в течение неопределенно долгого времени. Причиной таких колебаний численности популяции служит регулирующее влияние абиотических и биотических факторов.
Действие абиотических факторов (температура, влажность, освещенность и т. п.) на численность популяции не зависит от ее плотности. Например, наступление холодов снижает численность личинок комаров в однотипных водоемах примерно до одинакового уровня, независимо от исходной их плотности. При этом колебания численности популяций, обусловленные действием абиотических факторов, обычно отличаются значительной амплитудой. Они характерны для несбалансированных со средой популяций, образованных быстроразмиожающимися организмами с коротким периодом индивидуального развития, которые населяют эфемерные (недолговечные) места обитания. Интенсивно размножаясь в благоприятных условиях, например во временных водоемах, такие популяции быстро достигают высокой численности, а впоследствии вытесняются более конкурентоспособными видами или погибают под влиянием изменившихся абиотических факторов.
Влияние биотических факторов (межвидовая и внутривидовая конкуренция, хищничество, паразитизм и др.) на динамику численности популяции зависит от ее плотности. При этом, чем значительнее численность особей, составляющих популяцию, тем сильнее действуют механизмы, обусловливающие ее снижение. Примерами действия таких регулирующих факторов на межвидовом уровне служит увеличение числа хищников при возрастании численности популяций их жертв. Внутривидовые (внутрипопуляционные) механизмы, ограничивающие численность популяции, могут проявляться в ослаблении части ее особей и выключении их размножения. Такое явление наблюдается в популяциях птиц, грызунов, насекомых и других животных. Внутривидовая конкуренция иногда может принимать весьма жесткие формы, как, например, при самоизреживании леса. Из нескольких сотен тысяч молодых растений на 1 га на стадии всходов, остаются лишь несколько сот деревьев в возрасте 50—100 лет. Колебания численности популяций, обусловленные действием биотических факторов, особенно характерны для организмов с высоким уровнем организации (многие позвоночные), населяющих стабильные места обитания. Популяции таких животных получили название равновесных, поскольку они находятся в состоянии, близком к равновесию со средой обитания. Их численность более или менее соответствует поддерживающей емкости среды и обычно лишь незначительно изменяется во времени. Таким образом, динамика численности популяции любых организмов в каждый данный момент может реализовываться по самым разнообразным и специфичным для каждого вида каналам.