10統통科과2-02-02 • 生態系平衡생태계평형

■ 10統통科과2-02-02: 먹이 關係관계와 生態생태 피라미드를 中心중심으로 生態系平衡생태계평형이 維持유지되는 過程과정을 理解이해하고, 環境환경의 變化변화가 生態系생태계에 미칠 수 있는 影響영향에 對대해 協力的협력적으로 疏通소통할 수 있다.

生態系생태계의 構成구성

構成구성 要素요소

어떤 地域지역에 사는 生物생물들과 그 生物생물을 둘러싼 環境환경이 서로 影響영향을 주고받으며 이루는 體系체계를 生態系생태계라고 합니다.

같은 種종의 個體개체들이 모여 個體群개체군을 이루고, 여러 個體群개체군이 모여 群集군집을 이루며, 이 群集군집이 非生物的비생물적 環境환경과 結合결합한 것이 生態系생태계입니다.

生態系생태계의 構成구성 要素요소는 크게 生物的생물적 要因요인과 非生物的비생물적 要因요인으로 나뉘며, 生物的생물적 要因요인은 에너지와 養分양분을 얻는 方式방식에 따라 다시 셋으로 나뉩니다.

分解者분해자가 無機物무기물을 되돌려 주기 德分덕분에 物質물질은 生態系생태계 안을 循環순환합니다. 하지만 에너지는 循環순환하지 않고, 太陽태양에서 들어와 營養영양 段階단계를 따라 흐르다가 熱열로 빠져나갑니다.

生物생물과 環境환경의 相互상호 關係관계

生物생물과 環境환경은 한方向방향으로만 影響영향을 주지 않습니다.

먹이關係관계

먹이사슬, 먹이그물

生態系생태계에서 生物생물들이 먹고 먹히는 關係관계로 一列일렬로 이어진 것을 먹이사슬이라고 합니다. 그런데 實際실제 自然자연에서 한 生物생물이 오직 한 種類종류의 먹이만 먹는 境遇경우는 드뭅니다. 여러 먹이사슬이 그물처럼 얽힌 것을 먹이그물이라고 합니다.

먹이사슬에서 生物생물이 차지하는 位置위치를 營養영양 段階단계라고 하며, 生産者생산자가 第제1 營養영양 段階단계, 一次일차 消費者소비자가 第제2 營養영양 段階단계가 되는 식입니다.

먹이그물이 複雜복잡할수록 生態系생태계는 安定안정합니다. 어떤 種종이 減少감소해도 捕食者포식자가 代替대체 먹이로 옮겨 갈 수 있어, 影響영향이 特定특정 사슬 하나에 集中집중되지 않기 때문입니다. 反對반대로 먹이 關係관계가 單純단순하면 한 種종의 變化변화가 곧바로 全體전체로 波及파급됩니다.

生態생태 피라미드

營養영양 段階단계가 올라갈수록 個體數개체수, 生物量생물량, 에너지量양은 大部分대부분 줄어듭니다. 이를 아래에서부터 段階단계別별로 쌓아 그리면 下部하부가 넓은 피라미드 模樣모양이 되는데, 이를 生態생태 피라미드라고 합니다.

에너지 피라미드가 逆轉역전되지 않는 理由이유는 熱力學열역학의 原理원리 때문입니다. 앞 段階단계의 에너지 中중 相當상당 部分부분은 呼吸호흡으로 消耗소모되거나 消化소화되지 않고 排出배출되며, 다음 段階단계로 넘어가는 것은 一部일부뿐입니다.

이때 앞 段階단계의 에너지 中중 다음 段階단계로 넘어간 比率비율을 에너지 效率효율이라고 하며, 大略대략 10% 程度정도입니다. 그래서 營養영양 段階단계는 普通보통 4~5段階단계를 넘기 어렵고, 最上位최상위 捕食者포식자의 個體數개체수는 必然的필연적으로 적습니다.

에너지 效率효율은 前전 段階단계의 에너지量량을 該當해당 段階단계의 에너지量량을 나눈 것에 100을 곱해 計算계산합니다. 例예를 들어 生産者생산자가 固定고정한 에너지가 10,000이고 一次일차 消費者소비자가 1,000이라면 에너지 效率효율은 10%입니다.

注意주의할 점은 營養영양 段階단계가 올라갈수록 에너지 總量총량은 줄지만, 에너지 效率효율 自體자체는 오히려 조금씩 높아지는 傾向경향이 있다는 것입니다.

에너지 效率효율은 絶對量절대량이 아니라 比率비율이므로, 分子분자와 分母분모가 함께 줄어도 그 比비는 커질 수 있기 때문입니다.

實際실제로 草食초식 動物동물은 植物식물의 셀룰로스처럼 消化소화하기 어려운 部分부분을 많이 먹으므로 相當상당量양이 그대로 排出배출됩니다. 反面반면 肉食육식 動物동물이 먹는 것은 다른 動物동물의 몸이며, 이는 自身자신의 몸과 成分성분 構成구성이 비슷해 同化동화가 效率的효율적입니다.

다만 이는 먹은 것 中중 自身자신의 몸이 되는 比率비율이 높다는 뜻일 뿐, 上位상위 段階단계가 에너지를 더 많이 받는다는 뜻은 絶對절대 아닙니다.

生態系平衡생태계평형

平衡평형의 維持유지

生態系생태계에서 各각 營養영양 段階단계의 個體數개체수와 物質물질·에너지의 흐름이 크게 흔들리지 않고 一定일정한 範圍범위에서 維持유지되는 狀態상태를 生態系平衡생태계평형이라고 합니다.

平衡평형은 固定고정된 狀態상태가 아니라, 늘어났다 줄어드는 變動변동을 反復반복하면서 平均的평균적으로 維持유지되는 狀態상태입니다. 그 中心중심에는 陰음의 되먹임이 있습니다.

어떤 理由이유로 一次일차 消費者소비자가 增加증가했다고 합시다.

먼저 아래 層位층위에서는 生産者생산자가 減少감소합니다. 먹히는 量양이 늘었기 때문입니다. 同時동시에 위層位층위에서는 二次이차 消費者소비자가 增加증가합니다. 먹이가 豐富풍부해졌기 때문입니다.

그러면 一次일차 消費者소비자는 위아래 兩양쪽에서 壓力압력을 받습니다. 아래로는 먹을 生産者생산자가 줄어 競爭경쟁이 激化격화되고, 위로는 捕食포식 壓力압력이 커집니다. 結局결국 一次일차 消費者소비자는 減少감소합니다.

一次일차 消費者소비자가 줄면 生産者생산자는 먹히는 量양이 줄어 다시 增加증가하고, 二次이차 消費者소비자는 먹이가 줄어 다시 減少감소합니다. 그리고 처음의 狀態상태로 돌아갑니다.

이처럼 中間중간 段階단계의 變化변화는 위아래 兩양 方向방향으로 同時동시에 作用작용하며, 그 結果결과가 다시 自身자신에게 되돌아옵니다. 이 때문에 生態생태 피라미드의 模樣모양이 大體대체로 維持유지됩니다.

이처럼 結果결과가 原因원인 쪽으로 되돌아가 變化변화를 抑制억제하는 方向방향으로 作用작용하는 것을 陰음의 되먹임이라고 합니다. 被食者피식자가 늘어난 것이 結局결국 被食者피식자를 줄이는 方向방향으로 이어지기 때문에, 個體數개체수가 한없이 늘거나 줄지 않고 一定일정한 範圍범위 안에서 오르내리게 됩니다.

生物생물 多樣性다양성

生物생물 多樣性다양성이 높다는 것은 種종의 數수가 많고 먹이그물이 複雜복잡하다는 뜻입니다. 이런 生態系생태계는 外部외부 衝擊충격을 받아도 復元力복원력이 커서 元來원래 狀態상태로 돌아오기 쉽습니다.

한便편 復元力복원력에는 限界한계가 있습니다. 衝擊충격이 너무 크거나 오래 持續지속되면 生態系생태계는 元來원래대로 돌아오지 못하고 아예 다른 狀態상태로 넘어갑니다. 한番번 森林삼림이 사라진 자리가 草地초지나 沙漠사막으로 固着고착되는 것이 그 例예입니다.

事例사례

捕食者포식자를 사람이 人爲的인위적으로 없앤 境遇경우를 생각해 봅시다. 初期초기에는 草食초식 動物동물이 急激급격히 增加증가합니다. 그러나 늘어난 草食초식 動物동물이 植物식물을 지나치게 먹어 치우면 植生식생이 破壞파괴되고, 結局결국 먹이가 不足부족해져 草食초식 動物동물도 大量대량으로 굶어 죽습니다. 植生식생이 사라진 土壤토양은 浸蝕침식되어 回復회복이 더 어려워집니다.

즉 한 營養영양 段階단계만 除去제거해도 그 影響영향은 위아래 段階단계 全體전체와 非生物的비생물적 環境환경에까지 波及파급됩니다.

環境환경 變化변화의 影響영향

自然的자연적 要因요인에는 山산불, 洪水홍수, 가뭄, 火山화산 活動활동, 氣候기후의 長期장기 變動변동 등이 있습니다. 이런 變化변화는 生態系생태계를 一時的일시적으로 破壞파괴하지만, 遷移천이를 通통해 다시 回復회복되는 境遇경우가 많습니다.

問題문제가 되는 것은 人爲的인위적 要因요인입니다. 速度속도가 빠르고 範圍범위가 넓어 生態系생태계의 復元力복원력을 넘어서기 쉽기 때문입니다.

分解분해되지 않고 排出배출도 잘 되지 않는 物質물질은 먹이사슬을 따라 濃度농도가 점점 높아집니다. 이를 生物생물 濃縮농축이라고 합니다. 上位상위 營養영양 段階단계일수록 아래 段階단계를 많이 먹어야 하므로, 最上位최상위 捕食者포식자에게 被害피해가 集中집중됩니다. DDT나 水銀수은이 代表的대표적입니다.