생태계의 역학관계                                                                                      
     생태권 내에서 일어나고 있는 여러 작용을 더 자세히 이해하려면 생물들과
     주변의 물리적 환경의 관계를 파악해야만 한다. 한 생물체가 서식하는 곳을 서
     식처(habitat)라 한다. 이 서식처에서 생활하는 생물체가 무엇을 하고 서식처
     와 어떤 상호작용을 하는가를 이 생물체의 생태적 지위 (ecological niche)라고
     한다. 우리 주변의 한 예를 들면, 어느 생태학 토론회에 참석한 학생들의 강의
     실을 서식처라 하면 토론회에 참석한 학생 각자의 역할을 그들의 지위라 할 수
     있다. 즉, 토론회에 참석한 학생들이 어느 자리에 앉을 것이며, 어떻게 서로 관
     계를 가질 것이며. 토론회 동안에 어떻게 반응하고 참여할 것인가 하는 것들이
     이들의 지위인 것이다. 모든 생물은 그들 나름대로 서식처와 지위를 가지고 있
     다.
     같은 장소에 살고 있는 같은 종류의 생물들을 개체군이라 한다 각각의 개체
     군은 서로 떨어져서 생활하지 않고 상호관계를 유지하면서 생활한다. 한 장소
     에 서식하는 식물과 동물 개체군의 집합을 군집이라 한다. 한 군집 내에는 특
     정한 동식물들이 함께 존재한다. 예를 들면, 사슴과 사자는 공존하지만 선인장
     과 순록은 절대 같은 군집 내에 존재하지 않는다.
     생태계(ecosystem)는 군집 내에 존재하는 생물들의 상호관계 그리고 이들의
     물리 화학적 주변 환경과의 상호관계를 통해 유지되는 한 시스템을 말한다.
     생태계는 지구상의 가장 높은 곳에서부터 바다 속 깊은 곳에 이르기까지 역학
     적으로 균형을 이루고 있다. 여러 가지 생태계는 서로 다른 크기, 생물상 그리
     고 물리 화학적 특징을 지닌다. 예를 들면, 사막, 삼림, 초원, 강, 호수, 바다
     등의 서식환경에 형성된 생태계들은 각각 서로 다른 특징을 갖는다. 지구에는
     자연적으로 균형을 이루면서 유지되고 있는 수많은 생태계가 있다. .극지에서
     적도 쪽으로 갈수록 생태계는 복잡해진다. 예를 들면, 남극이나 북극의 극지방
     에서는 종과 군집이 단순하고 수가 적은 반면 저위도의 적도 쪽으로 갈수록 더
     복잡하고 다양한 종과 군집이 형성되어 있다. 생태권(ecosphere) 내의 수많은
     생태계들은 균형을 유지하기 위해 끊임없이 상호작용을 하고 있다.
    
     생태계의 구성 요인
     모든 생태계의 기능이 정상적으로 작용하려면 에너지와 영양염이 지속적으
     로 공급돼야 한다. 에너지의 흐름과 영양염 순환이 효율적으로 이뤄지기 위해
     서는 생태계 내 생물과 무생물 간의 상호관계가 적절하게 유지되어야만 한다.
     생태계를 구성하는 요인들 사이에 일어나는 활발한 상호작용과 균형이 생태계
     를 유지하는 힘이 된다.
    
     에너지 흐름
     에너지는 일을 하기 위한 능력과 역량이라 정의한다. 에너지는 운동 에너지
     와 위치 에너지로 나눌 수 있다. 운동 에너지는 열역학의 법칙이라 하는 기초
     과학적인 관찰로 설명할 수 있다. 열역학 제1법칙은 에너지는 만들어질 수도
     파괴될 수도 없고 단지 어떤 한 형태에서 다른 형태로 전달될 수 있다는 것이
     며 , 열역학 제2법칙은 에너지가 한 형태에서 다른 형태로 전달될 저 일부 에너
     지가 쓸모 없는 열로 전환되어 사라진다는 것이다. 이 두 법칙에 의하면 한 시
     스템이 유지되려면 지속적인 에너지의 공급이 필요하다는 것이다. 즉, 다른 형
     태로 전환될 때 열로 사라진 에너지를 대체할 에너지가 공급되어야만 하는 것
     이다.
     에너지는 일련의 변환들을 통해 생태계를 흐른다. 태양에서 온 빛 에너지는
     식물들이 광합성 작용을 통해 이산화탄소, 물 그리고 무기 영양염을 유기물로
     전환시킬 수 있게 한다. 빛 에너지는 식물 세포 내에서 화학 에너지로 전환되
     어 식물 조직이 성장하는 데 이용된다. 식물이 죽어 분해되거나 혹은 다른 소
     비자에 의해 섭취되었을 때 식물 속에 저장되어 있던 에너지는 다른 형태의 에
     너지로 전환되어 전달된다.
      동물들의 에너지원은 식물이나 다른 동물들의 유기물이다 동물들은 성장하
     기 위해 음식으로 섭취한 유기물로 에너지를 만들어 낸다. 왜냐하면 동물들은
     태양 에너지로부터 유기물을 직접 만들어낼 수 없기 때문이다. 동물이 식물을
     섭취하면 식물 속에 저장되어 있던 에너지의 일부가 동물들의 성장,생존, 활
     동을 위해 사용된다. 동물은 다른 동물을 음식으로 섭취함으로써 또 다른 형태
     의 에너지 전환을 일으킨다 에너지가 다른 형태로 전환될 때마다 그중 일부가
     열로 사라지기 때문에 시간이 지남에 따라 태양 에너지로부터 형성된 최초 에
     너지는 생태권을 통해 흐르면서 결국 적외선 상태로 우주로 다시 되돌아가게
     된다.
    
     영양염의 순환
     지구상의 원소와 이들의 화합물(영양염)은 유기물과 무기물의 형태로 순환
     된다. 영양염의 순환은 생물이 지구상에 존재하는 데 꼭 필요한 작용이다. 생
     명을 유지하기 위해 일어나는 여러가지 복잡한 생지화학적 작용들 그리고 이
     들과 생물들의 관계를 이해하는 것은 이 분야 과학자들에게 중요한 연구 주제
     가 되고 있다. 왜냐하면 이 연구 주제에 대한 지식은 생태권에서 일어나고 있
     는 전지구적 환경변화에 대한 영향을 평가하는데 중요하기 때문이다.
     지구상에 존재하는 100개 이상의 원소 중 17가지 원소가 대부분의 식물이
     성장하는 데 필수적이다(도표 4-4) 이 원소들이 없으면 생명체는 존재할 수
     없다. 17가지 원소 중 질소(N), 탄소(C), 수소(H), 산소(0), 인(P), 황(s) 등 6
     가지 원소가 식물, 동물, 미생물을 구성하는 물질의 95% 정도를 차지하고 있
     다. 또한 이 필수 원소들은 생물에 이용될 수 있는 특정한 화합물 내에 존재해
     야만 한다. 이러한 화합물을 영양염이라 한다. 예를 들면, 식물이 사용할 수 있
     는 주요 형태의 탄소는 이산화탄소(CO2) 내에 존재하는 탄소(C)인 것이다. 일
     반적으로 식물은 이산화탄소 이외의 다른 화합물에 존재하는 탄소는 이용할
     수 없다. 물(H2O)은 식물이 이용할 수 있는 형태의 수소를 공급하는 유일한 화
     합물이다. 필수 원소 17가지 중 어느 한 원소가 결핍되더라도 생물의 성장이
     제한될 수 있다. 즉 이 필수 원소 하나 하나가 생태계에 존재하는 생물의 성장
     과 생물량의 증대를 제한하는 주요 요인으로 작용할 수 있는 것이다.
     생태계 내에서 일어나는 여러가지 중요한 작용이 영양염의 순환을통해 이
     루어진다 그리고 영양염들은 일련의 복잡한 생지화학적 순환을 통해 생태권
     내에서 순환된다.
    
     환경요인과 생물요인의 관계
     생태계 내에서는 환경요인과 생물요인이 상호작용을 한다(도표 4-5). 한 생
     태계에 존재하는 환경요인들은 영양염, 토양 온도, 물, 태양 등과 같은 주변
     환경의 물리 ·화학적 요소들로 구성되어 있다. 모든 생물은 그들의 서식처에
     형성된 물리 · 화학적 환경요인들에 적응해야만 한다. 그렇지 못한 생물은 그
     서식처에서 사라지고 만다. 이 환경요인 중 어느 하나라도 변화가 일어나면 전
     생태계가 영향을 받을 것이다. 어떠한 환경요인도 한 생태계에 대한 제한요인
     이 될 수 있음을 의미한다. 예를 들면, 사막에 물이 많고 적음에 따라 그 주변
     에 서식하는 식물의 종류와 서식지 면적이 결정되고, 해양이나 육상 환경 내에
     서 질소나 인과 같은 영양염의 공급정도에 따라식물의 성장속도가달라진
     다 생물에게 필수적인 물질의 공급 중단이나 환경요인의 변화는 결국 생태계
     의 붕괴를 의미하는 것이다.
     한 생태계 내의 생물들은그들의 기능에 따라생산자, 1차소비자, 2차소비자, 분해자로
     분류된다(도표 4-5).
    


 도표 4-5 생태계를 구성하는 환경요인과 생물요인의 상호관계. 생산자. 소비자. 분해자 간의 관계는 한
              생태계의 원활한 기능의 수행에 중요하다. 최초로 이용된 빛 에너지는 시스템을 통해 점점 줄
              어들어 결국 열에너지로 소멸된다
     각각의 분류군에 속하는 생물들은 먹이사슬
      의 한 부분을 차지하고 있다 한 생태계 내에서의 에너지와 영양염 전달은 생
     물들간 먹이사슬을 통해 일어난다. 이 먹이사슬이 더 복잡하게 얽힌 것을 먹이
     그물이라 하고 한 먹이사슬에서 누가 누굴 먹고 먹히는가 하는 단계를 영양단
     계라 한다(도표 476). 첫번째 영양단계는 생산자인 식물을 포함한다. 1차소비
     자 즉 초식동물은 두번째 영양단계를 차지하고 있다. 2차소비자는 육식동물로
     서 더 높은 영양단계를 차지하고 있다. 인간은 육식과 채식을 동시에 하는 잡
     식동물로 영양단계의 상위에 위치한다.
     1차생산자 : 1차생산자(독립퐁양체, 식물)는 동물보다 먼저 지구상에 생겼다.
     왜냐하면 1차생산자들은 그들의 조직을 만들기 위해 주변 환경의 무기 화합물
     을 영양염으로 이용할 수 있었기 때문이다. 일반적으로 동물은 물이나 토양 속
                    

              도표 4-6  (a) 영양단계 (b) 먹이사슬 (c) 먹이그물로 표현된 영양염과 에너지 전달 과정.
      에서 생존에 필요한 영양염을 직접 얻을 수 없다. 육상이나 수생식물들은 광합
      성을 할 수 있는 능력이 있다(도표4-7). 육상식물은 잎 속의 엽록체에서 빛 에
      너지를 모아 공기 중의 이산화탄소, 뿌리로 흡수된 토양 속의 무기영양염과 물
      을 이용해 필요로 하는 음식물인 탄수화물이라는 유기 화합물로 전환할 수 있
      는   능력이 있다. 이 과정을 통해 식물은 산소(02 분자), 열 에너지, 수증기를 공
     기 중으로 배출하고 포도당과 다른 형태의 탄수화물을 형성하여 세포 조직에
     탄소를 저장한다 수서(水棲) 환경에서의 광합성은 미세한 조류인 식물플랑크
     톤 , 저서성 조류, 고등 수생식물 등에 의해 이루어진다. 이들은 물 속에 녹아
     있는 무기 영양염과 이산화탄소를 광합성에 이용한다는 면에서 육상식물과 다
     를 뿐이다. 1차생산자들의 광합성으로 형성된 유기물과 저장물질은 육상과 해
     양의 먹이사슬과 먹이그물의 근본이 되며 또한 식물의 광합성을 통해 배출된
     산소로 우리 지구는 산소가 더 풍부해졌다.
      호홉은 광합성의 반대 작용이다. 동물이나 식물은 호홉을 통해 주변 산소를
     받아들여 체내에 축적되어 있는 탄수화물을 이용해 성장하고 몸의 구조를유
     지 한다. 호흡을 하면 이산화탄소와 물이 부산물로 남게 된다. 고등식물들은 이
                            

 도표 4-7 육상식물의 광합성과정 태양으로부터의 빛에너지를 이용해 공기중의 이산화탄소의 뿌리로
               횹수된 토양 속의 무기영양염과 물이  탄수화물이라는 유기화합물로 전환되는 과정(6co2+
              12H2O-->C6H12O6+6O2+6H2O)
     부산물을 잎에 있는 기공을 통해 밖으로 배출한다. 또한 수분은 중산작용을 통
     해 배출되고 대기 중으로 증발된다. 식물, 조류, 남조류 등과 같은 1차생산자
     의 광합성과 호흡을 통해 전지구의 생태권이 유지되는 것이다.
     1차소비자와 2차소비자 : 소비자 즉, 종속영양체는 생산자를 직접 · 간접적
     으로 섭취하면서 서식하는 육상 · 수생생물들이다. 소비자는 직접 무기물을 유
     기물로 바꿀 수 없기 때문에 에너지와 영양염을 얻으려면 반드시 식물이나 식
     물을 먹고 자라는 다른 동물을 섭취해야만 한다. 1차소비자는 육상의 사슴,
     소, 말이나 물 속 대부분의 갑각류처럼 식물만 먹고 사는 초식동물을 말한다.
      

                  도표 4-8 생태학적 피라미드
     2차소비자는 1차소비자를 먹고 사는 육식동물을 말한다. 악어, 상어, 표범 등
     은 2차소비자의 전형적인 예다. 2차소비자는 1차소비자를 적절하게 잡아먹음
     으로써 생태계의 균형을 유지하는 역할을 한다. 만약에 2차소비자의 조절이
     없다면 1차소비자의 수가 무한정으로 늘어나 결국 서식 공간, 식생, 영양물질
     등에 균형을 잃고 생태계가 파괴될 것이다.
    
     분해자 : 지구상의 모든 생물은 태어나고, 살고 그리고 죽는다. 종속영양체
     인 분해자는 죽은 유기물을 분해하는 중요한 생물이다. 균류나 박테리아 같은
     분해자는 죽은 유기물에서 영양염과 에너지를 얻어내고 다시 유기물을 무기물
     로 전환시키는 역할을 한다. 이런 분해 작용을 통해 유기물의 순환이 완성되는
     것이다. 왜냐하면 분해자가 만들어 낸 무기물이 다시 1차생산자인 식물의 성
     장에 이용되기 때문이다 일반적으로 사람들은 분해자들을 불결하고 해로운
     생물로 생각하고 있다. 만약에 분해자가 존재하지 않는다면 지구상의 모든 생
     물은 사라지고 말 것이다. 분해자가 없다면 죽은 유기물이 썩어서 무기물이 되
     는 데 엄청난 시간이 걸릴 것이며, 영양염의 소비가 영양염의 순환보다 빠르게
     일어나 결국 지구상의 생물은 사라지게 된다. 죽은 유기물만 먹고 사는 게, 자
     칼 여우, 대머리 수리 등도 포괄적인 의미로 분해자에 포함된다.
    
     생태학적 피라미드
     한 생태계가 유지되려면 그 속에 존재하는 생물의 종류, 종 다양성, 개체수
     등이 균형을 이루어야만 한다. 즉 한 생태계 내에서 생산자, 소비자, 분해자의
      역할을 수행하는 각각의 개체군과 군집이 균형을 이루어야 하는 것이다.
     생물량(biomass)이란 어떤 한 생물군집을 말려서 잰 총 무게(건량)로 나타
     낼 수 있다. 1차영양단계에 있는 생물들의 생물량은 한 지역에 서식하는 생산
     자의 총 건량이다. 마찬가지로 1차소비자의 생물량은 모든 초식동물의 총 건
     량이며 2차소비자의 생물량은 모든 육식동물의 총 건량인 것이다 대부분의
      생태계에서는 영양단계가 증가할수록 생물량이 줄어든다(도표 4-8).
      한 생태계의 에너지는 태양이 공급한다. 태양을 떠나 지표면에 도달한 전체
     태양 에너지의 단 1%만이 1차생산자인 식물들의 광합성에 이용된다. 그러나
      식물들에 의해 고정된 1%의 에너지가 모두 다음 영양단계로 전달되는 것은
     아니다. 왜냐하면 1차생산자가 형성한 유기물을다음 영양단계의 1차소비자
      (초식동물)가 전부 이용하지 않고 일부를 분해자나 잔재물 섭식자가 분해하거
     나 섭취하기 때문이다. 더 나아가 상위 영양단계로 에너지가 전달될 때마다 동
      물들의 배설작용이나 운동 등을 위한 열 에너지로 사라지게 된다.
      이로 인해 생태계의 구조가 하위 영양단계에서 상위 영양단계로 올라갈수록
     생물량이 줄어들어 피라미드 형태가 되기 때문에 이를 생태학적 피라미드라
     부른다(도표4-8). 실제로 하위 영양단계에서 상위 영양단계로 전달되는 에너
     지의 80∼90%가 사라지고 겨우 10∼20%의 생물량을 다음 영양단계의 생물
     들이 이용한다. 그래서 먹이사슬의 가장 하부에 위치한 식물의 생물량이 가장
     많고 그 다음 초식동물, 육식동물의 순으로 생물량이 점점 줄어든다.
     모든 생태계는 그 속에 서식하는 생물의 수와 종류가 일정수준에 도달하면
     자연적으로 균형을 이루게 된다. 자연적인 균형상태는 환경과 생물 관계가 안
     정되어 있음을 의미한다. 그러나 인간 때문에 이런 자연의 균형이 파괴되고 있
     다. 사람들이 자연 생태계를 잘못 이해함으로써 미국 남서부에 있었던 식물-
     사슴-쿠거의 관계가 파괴된 예를 보기로 하자
      1900년 초 미국 애리조나주에서는 사슴의 수를 늘리기 위해 사슴을 먹고
     사는 늑대, 쿠거, 코요테 늑대 등을 사슴과 격리시켜 놓았다. 이로 인해 먹이를
      잃은 2차소비자들은 멸종 위기에 처하게 됐고 적이 사라진 사슴의 수는 급격
     하게 증가했다. 사슴의 수가 늘어나자 늘어난 만큼의 사슴들의 먹이는 줄어들
     게 되었다. 사슴들은 모자라는 먹이를 구하기 위해 전 초원의 식생을 파괴하였
     으며 결국 많은 사슴들이 굻어 죽게 되었다. 마침내 사슴의 수는 원래 2차소비
     자와 공존했을 때보다 훨씬 더 줄어들게 되었다. 그 이후 애리조나주 정부가
     다시 2차소비자를 자연상태로 되돌려 놓았을 때 차츰 초원의 식생이 살아나고
     사슴의 수가 다시 증가하게 되었다. 이는 인간이 자연의 기능을 잘못 이해하고
     인위적으로 변화시켰을 때 자연의 균형이 얼마나 심각하게 파괴되는지를 보여
     주는 아주 좋은 예인 것이다.
    
    
     참조:FT 매켄지.J.A 매켄지 著 김예동.강성호 譯:환경변화와 인간의 미래