[과학] 생태계의 생물요소 분류와 먹이사슬, 먹이그물 생태계 평형원리 정리

들어가며

생태계 먹이사슬은 생태계 내에서 생물들이 먹고 먹히는 관계가 사슬처럼 연결된 것을 말하는데 에너지와 물질이 생산자로부터 소비자, 분해자로 이동하는 과정을 보여줍니다. 생산자는 스스로 양분을 만드는 생물로, 주로 식물이나 광합성 세균이 포함됩니다. 생태계의 구성 요소들이 상호 관련되어 있다는 것을 이해하고 햇빛, 물, 온도, 공기, 흙과 같은 비생물 요소가 생물의 생활에 미치는 영향과 생물이 환경에 적응된 예를 통하여 생물과 환경의 관계를 살펴볼게요.

 1. 생태계

생태계라는 용어는 영국의 식물 생태학자 탠슬리(Tansley. A.G., 1871~1955)에 의해 처음 사용되었다. 탠슬리는 자연 그대로의 상태를 이해하기 위해서는 생물뿐만 아니라 이를 둘러싸고 있는 환경의 물리적 실체, 구성 요소들의 상호 작용까지 포함해야 한다고 소개하였다. 생태계 안에서 생물과 무기 환경, 즉 비생물 요소가 서로 물질 교환을 하게 되며, 에너지의 순환이 일어나게 된다고 제안하였다. 자연계 안의 모든 물질은 일정한 상태로 존재하는 것이 아니라 생물이라는 매개체에 의해 늘 변화하고 순환된다고 생각하였다.

2. 생물 요소의 분류

• 생물 요소는 양분을 얻는 방법에 따라 생산자, 소비자, 분해자로 분류할 수 있다. 
• 생산자는 햇빛 등을 이용하여 스스로 양분을 만드는 생물이며
• 소비자는 다른 생물을 먹어 양분을 얻는 생물이다.
• 분해자는 죽은 생물이나 배설물 등을 분해하여 양분을 얻는 생물을 말한다.

3. 먹이 사슬과 먹이 그물

생태계 안에서 생물 사이의 먹고 먹히는 관계가 마치 사슬 처럼 연결된 것을 먹이 사슬이라고 한다. 에너지가 생산자로 부터 소비자에게 전달되는 과정을 1차원의 화살표를 통해 나타낸다. 하지만 먹이 사슬의 관계는 독립적인 체계로 존재하는 것이 아니고 생태계 속에서 상호 복잡한 관련성을 맺으며 서로 연결되어 있다. 이를 먹이 그물이라고 한다.

생태계 피라미드

먹이그물

4. 생태계 복원

순천만 습지는 순천 시내를 관통하는 동천과 하구까지 약 3 km 길이의 강을 따라 5.4 km2의 갈대와 22.6 km2 의 갯벌이 형성되어 있는 곳이다. 1992년까지만 해도 농약 등 독성이 강한 제초제로 생태계가 파괴되고 쓰레기로 뒤덮여 있었다.

1999년 보전 운동이 시작될 무렵 흑두루미는 80마리에 불과했으나 습지 보호 지역 지정 등 계속적인 노력으로 짱뚱어, 갯게, 농게, 갯지렁이 등 먹이가 풍부해지자 흑두루미, 노랑부리저어새, 검은머리갈매기와 같은 희귀 조류가 찾게 되었다. 생물 다양성을 보전하고 생태 문화적 가치를 유지하기 위해 유네스코에서 지정하는 생물권 보전 지역으로도 지정되었으며, 물새 서식처 보전을 위한 람사르 협약 인증도 받은 복원 성공 사례이다.

5. 생태계의 물질 순환의 중요성은 무엇일까?

지구에서 생태계가 유지되고 생물이 살아갈 수 있는 까닭은 태양에서 오는 에너지가 있고, 생명에 필수적인 물, 탄소, 질소, 인, 황과 같은 물질의 순환이 이루어지기 때문이다. 물은 바다나 땅속으로 흘러가고, 태양 에너지에 의해 수증기로 변하여 육지 생물에게 비의 형태로 돌아온다.

대기에서 기체 상태로 존재하던 탄소는 광합성 작용을 통해 식물의 몸속에 들어가고, 동물은 식물이 만든 양분을 이용해 살아간다. 동식물의 몸속에 있던 탄소는 동식물이 죽으면 분해자에 의해 다시 대기 속으로 돌아간다. 질소 고정 박테리아에 의해 대기 중의 질소는 생물이 이용할 수 있는 질소 화합물로 바뀐다.

질소 화합물은 동식물이 죽으면 분해자에 의해 암모늄 이온 형태로 분해되고, 다른 토양 미생물에 의해 기체 형태로 변해 다시 대기로 돌아간다. 무기 인은 인산 형태로 광물질 속에 존재한다. 인산은 물에 녹아 식물에 흡수된다. 이후 인은 식물을 먹은 동물의 배설물로 배출되거나, 동식물이 죽은 뒤 분해되어 다시 흙으로 돌아온다. 

6. 생산자, 분해자가 사라진다면 어떤 일이 일어날까?

• 생산자인 식물이 사라진다면 식물을 먹이로 하는 소비자가 먹이가 없어 결국 죽게 되고, 그 소비자를 먹이로 하는 또 다른 소비자들도 죽게 될 것입니다.
• 분해자가 사라진다면 죽은 생물과 배출물 등이 분해되지 않고 남아 있어서 생태계가 죽은 생물과 생물의 배출물로 가득해질 것입니다.

버섯을 식물로 잘못 생각하는 데 버섯은 엽록체가 없으므로 광합성을 하지 못해 스스로 양분을 만들지 못한다. 버섯은 생산자가 아니라 식물의 주성분인 셀룰로스와 리그닌을 분해하거나 식물 속에 있는 당이나 녹말을 이용하여 양분을 얻는 분해자이다.

곰팡이가 양분을 얻는 방법은 곰팡이는 넓게는 효모, 버섯, 사상균을 포함하는 매우 큰 생물군이지만 보통은 사상균만을 부르는 이름이다. 곰팡이는 물질을 분해하여 토양으로 되돌아가게 하는 역할을 한다.

곰팡이는 실처럼 가늘고 긴 균사를 유기물 속으로 뻗어서 양분을 얻는데, 포도당처럼 수용성이 높은 유기물을 흡수 하는 종류부터 균사로 조직에 침투하는 종류까지 유형이 다양하다. 나무나 단백질 등 복잡하고 단단한 물질을 분해할 때에는 식물과 동물의 조직 속에 분해 효소를 분비하고, 효소로 인해 분해된 먹이를 균사체로 흡수하여 양분을 얻는다.

7. 생태 피라미드, 생물 피라미드, 생태계 평형이 유지되는 원리

생태계에서 생물 요소인 소비자는 생산자를 먹이로 하는 1차 소비자, 1차 소비자를 먹이로 하는 2차 소비자, 마지막 단계인 최종 소비자로 구성된다. 생태계에서 생물의 수는 먹이 단계가 위로 올라갈수록 줄어들어 피라미드 모양을 이룬다. 이것을 생태 피라미드라고 한다. 먹이 사슬의 상위로 갈수록 생물의 수가 그전 단계보다 적어진다. 즉, 생물의 수는 생산자보다 1차 소비자가 적고, 1차 소비자보다 2차 소비자가 적다. 따라서 생태계에서 생물의 수는 먹이 단계가 위로 올라갈수록 줄어드는 피라미드 모양이 된다.

생태계 평형 유지 원리

생태계 평형이 유지되는 원리를 살펴보면, 생태계는 생산자, 소비자, 분해자로 이루어진 생물군이 순환하며 먹이 사슬과 무기 환경 요인에 의해 평형 상태를 유지하게 된다. 다양한 종이 복잡한 먹이 그물을 형성할수록 생태계 평형은 더 잘 지켜진다.

예를 들어, 피식자가 감소할 경우, 피식자를 먹고 사는 포식자는 다른 먹이를 찾게 되며, 감소했던 피식자의 수는 다시 증가한다. 일정 기간이 지나면 피식자의 수는 원래의 개체 수를 회복하면서 다시 평형을 유지하게 된다. 또 포식자가 일시적으로 증가할 경우, 피식자는 감소하고, 피식자가 감소하면 먹잇감이 줄어들어 다시 포식자도 감소하면서 평형을 유지하게 된다.

마무리

소비자는 생산자가 만든 유기물을 먹고 사는 생물입니다. 분해자는 죽은 생물이나 배설물을 분해하여 무기물로 되돌리는 역할을 합니다. 주로 세균이나 곰팡이가 이에 해당하며, 이 무기물은 다시 생산자에게 재활용됩니다.