Populasjonsbiologi, gren av økologien der man studerer mønstre og prosesser innen en populasjon. Slike studier gjør ofte bruk av matematikk og statistikk, og kan deles opp i to typer: Populasjonsdynamiske studier konsentreres om endringer i arters forekomst (antall) og utbredelse, mens populasjonsgenetiske studier konsentreres om arveanleggenes utbredelse (genfrekvenser) innen og mellom forskjellige populasjoner av en art. Med populasjon forstår man en gruppe organismer i forplantningsmessig sammenheng med hverandre, slik at de kan sies å dele et felles lager av gener (arveanlegg). På grunn av begrenset spredningsevne og geografiske barrierer vil en art forekomme oppdelt i mange populasjoner.
Populasjonsdynamikk
Populasjonsdynamikk er viktig bl.a. i forbindelse med forvaltningen av arter som høstes (viltstell), arter som er truet av utryddelse (bevaringsbiologi), og arter som bekjempes (se biologisk bekjempelse). Et eksempel er studiet av smågnagersvingninger.
Tettheten av en gitt art i et område bestemmes av populasjonens fødselsrate (F) og dødsrate (D), f.eks. antall fødte og døde per individ per år. I tillegg kommer eventuell migrasjon ut og inn av området, som vi heretter ser bort fra. Forskjellen mellom dødsrate og fødselsrate (D-F) er tilvekstraten (r). Om r er konstant og positiv, vokser populasjonen med eksponentiell vekst. Dette kan være tilfelle over et kort tidsrom for f.eks. planter og insekter som koloniserer et nytt habitat. Om ikke det skjer en katastrofe som utrydder populasjonen, vil fødselsraten synke og/eller dødsraten øke ettersom tettheten øker (tetthetsavhengighet). Etterhvert blir tilvekstraten = 0, og populasjonen stabiliserer seg på et antall som kalles populasjonens likevektstetthet eller bæreevne, ofte benevnt K. Den mest kjente ligning for å beskrive slik vekst er ved en differensialligning, den logistiske ligning: dN/dt = rN(K-N)/K. Her er N populasjonens størrelse, dN/dt er tilvekstraten, og r er tilvekstraten når populasjonen N er liten. Tilveksten for en art blir også påvirket av hvor mye mat som er tilgjengelig for arten, og antall predatorer og konkurrenter. En kan derfor sette opp tilsvarende ligninger for par av arter, f.eks. to konkurrerende arter eller en predator og dets byttedyr. Dette studiefeltet ble utviklet fra 1920-årene; blant viktige bidragsytere er V. Volterra, C. S. Elton og R. May.
Populasjonsgenetikk
Forekomsten av gener (genfrekvensene) i en populasjon blir bestemt av flere prosesser: seleksjon, migrasjon mellom populasjoner (genflyt), tilfeldige endringer i genfrekvens (genetisk drift), og mutasjoner.
Hvis man studerer gener som ikke påvirkes av seleksjon (nøytrale gener), vil genetisk drift gjøre populasjoner mer genetisk ulike, mens genflyt vil motvirke denne tendensen. To genetisk like populasjoner som isoleres fra hverandre, vil bli mer og mer ulike inntil det blir en likevekt mellom genetisk drift og genflyt.
Jo mindre effektiv populasjonsstørrelse, desto større genetisk drift. Den effektive populasjonsstørrelsen er lik antall individer dersom man har like mange hanner og hunner og dersom parring er tilfeldig. Dersom kjønnsfordelingen er skjev ved at f.eks. noen få hanner står for de fleste parringer, eller dersom en har innavl, vil dette senke den effektive populasjonsstørrelsen.
Ved å se på den genetiske forskjellen mellom to populasjoner kan man til en viss grad måle hvor mange individer som migrerer mellom populasjonene. Dette er anvendelig når det er vanskelig å anslå graden av migrasjon mer direkte, f.eks. ved å merke individer.
Om to populasjoner lever i ulike habitater, vil tilpasning til disse habitatene fremmes av seleksjon, mens genetisk drift vil motvirke denne tilpasningen. Dessuten kan genetisk drift føre til at små populasjoner kan endre seg meget raskt.
Populasjonsgenetikk ble utviklet i 1930–1940-årene av J. B. S. Haldane, R. A. Fisher og Sewall Wright, og ble ryggraden i den moderne evolusjonsbiologien, ny-darwinismen (se utviklingslæren). Populasjonsgenetikk har også praktisk anvendelse i husdyravl og planteforedling, og grenser i enkelte deler opp mot matematikk og statistikk. Se også genetikk, human genetikk og genetisk epidemiologi.
