생태학의 기본개념

자연계에 있어서 녹색식물(green plant)은 환경으로부터 무기물을 이용하여 유기물을 만들고, 동물은 녹색식물이 만든 유기물을 직접 또는 간접으로 섭취하여 생활한다.

 

이들 동식물이 죽게 되면 몸체를 구성하던 물질은 분해되어 무기 환경으로 되돌아가게 되며, 식물은 이들 물질을 다시 섭취하여 식물체를 구성하게 된다. 이와 같이 어떠한 지역의 자연환경에서는 환경과 생물 사이, 혹은 생물과 생물 사이에 물질순환이 일어나고 있다.

 

따라서 생물과 비생물적 환경을 종합해 보면 이들은 하 나의 물질계를 이루고 있는데 이를 생태계(ecosystem)라 한다.

생태계는 규모에 따라 여러 가지로 구분된다. 대규모의 일반적인 형태의 생태계로는 침엽수림, 초원 극지방의 툰드라 지역, 사막 등이 있으며, 연못, 호수, 삼림 및 미생물을 배양하는 시험관이나 플라스크 등은 작은 형태의 생태계이다. 생물이 살 고 있는 지구 공간 전체인 생물권(biosphere)은 태양에너지의 유입과 열에너지의 방출에서 항상성 (homeostasis)을 유지하므로 하나의 생태계로 볼 수 있다. 특히 규 모가 큰 생태계를 생물 군계(biomes)라고 부른다. 생태학(ecology)은 생물과 생물, 생물과 환경과의 관계를 연구대상으로 하여 생태 계의 구조와 기능을 연구하는 학문이다.

 

생태학은 자연계에서 일어나는 생물학적인 제반사항을 이해하기 위하여 알아야 하는 생물학의 한 분야로서, 환경 미생물학이 나 공중 보건위생 분야를 공부하는 데 있어서 숙지해야 할 중요한 분야이다. 1.4.1 생태계의 구성요소 생태계의 구성은 생물적 요소(biotic components)와 비생물적 요소(abiotic components)로 나뉜다. 생물적 요소는 생태계 내에서 수행하는 역할에 따라 생 산자, 소비자, 분해자의 세 가지로 구분된다. 또한 생태계 내에서 생물적 요소를 제 외한 비생물적 요소도 생태계의 구성 요소이며, 이는 생물적 요소에 커다란 영향을 미친다.

 

이러한 두 가지 범주의 요소들은 한 생태계가 계속 기능을 할 수 있는 기 본적인 구조를 형성한다. 표 1.2는 생태계의 구성요소를 요약한 것이다. 무기물로부터 유기물을 합성하는 독립영양 생물(autotrophic organisms)이며, 주로 고등 녹색 식물(higher green plants)과 홍조류와 갈조류 같은 조류(algae)들이 이에 속한다. 소비자는 다른 생물이나 또는 고형의 유기물을 섭취하는 종속영양 생물 (heterotrophic organisms)로서 대부분의 초식 및 육식동물과 종속 유기영양 미생물 (heterotrophic microorganisms) 등이 이에 속한다.

 

소비자들은 그들 사이에 복잡한 고 다양한 상호관계를 지닌 매우 다양한 생물체 집단이다. 따라서 소비자는 이들 상호관계에 따라 많은 부분 집단으로 구분된다. 소비자 중에서 녹색식물과 같은 생 산자를 먹고사는 초식자(hervivores)를 1차 소비자(primary consumer)라 하고, 이들 1차 소비자를 잡아먹는 육식 자(carnivores.)를 2차 소비자(secondary consum ers)라 한다. 생태계 내의 많은 죽은 생물들은 또 다른 소비자에 의해 분해되는데, 이러한 분해 작용에 관여하는 생물체를 분해자(decomposer)라고 한다. 이 분해자는 생산자나 소비자의 사체 같은 죽은 원형질의 복잡한 화합물을 분해하여 그 산물을 섭취하고 무기염을 방출하는 종속영양 생물로서 세균 및 진균류 등이 여기에 속한다.

 

분해자에 속하는 진균류에는 곰팡이와 효모 등이 있다. 이들을 부생자 (saprotrophs)라고도 하며, 여기서 방출된 영양염은 다시 생산자에 의하여 이용되고 다른 생물에 대하여 생장 억제나 혹은 촉진 작용을 하게 된다. (b) 비생물적 요소 비생물적 요소는 환경을 이루는 모든 물리적 또는 화학적 요소들을 포함하는데 생태계 내에서 순환과정을 나타내는 탄소, 질소, 이산화탄소, 물과 같은 무기질, 생물과 비생물 사이를 연결하는 탄수화물, 지방, 단백질, 부식질 등의 유기 화합물, 그 리고 온도, 습도 등 물리적인 기후조건 등이 포함된다.

 

이러한 모든 무생물적 인자 들은 다양한 조합에 의해서 한 생태계의 구조에 영향을 미친다.

 

1.4.2 에너지의 흐름

 

지구 상의 모든 생명체들은 태양광선으로부터 유래하는 복사열 (thermal radiation)로 이루어진 방사 환경 (radiation environment) 내에서 생활하고 있다. 태양광선의 일부만이 생산자(producer)의 광합성에 의해 생태계의 생물 부분의 에너지로 이용된다. 생산자에 의하여 흡수된 태양 에너지는 먹이 연쇄에 의한 소비자외 거쳐 생명체 밖으로 흘러간다. 생태계 내의 에너지 흐름은 한쪽 방향으로만 진행되며, 생물의 활동에 이용된 에너지는 열(heat)로서 체외로 방출되어 그 에너지는 생 물체로 돌아오지 않는다.

 

생물체들은 그들의 몸체를 유지하기 위하여 많은 양의 에너지를 이용한다. 결국 이 생체 유지 에너지는 다른 생물체에 의해 사용될 수 없는 에너지 형태인 열로서 소비된다. 생태계에 있어서 식물에서 시작하여 동물의 포식과 피식 에 의한 일련의 생물군을 거쳐 이행되는 먹이 연쇄에 따라 전달되는 에너지의 효율은; (1) 다음 단계의 생물체에 의해 섭식된 영양단계(trophic level)에서 순생산 [net production, 성장(growth)과 생식 (reproduction)의 합]의 비율과, (2) 흡수된 에너지의 생산(성장과 생식)과 유지(호흡) 간의 분배율에 의존된다.

 

생산에 이용된 에너지는 다음 단계의 생명체에 전달되어 이용될 수 있다. 평균 생 산 효율(average production efficiency)은 [생산(production)/생산(production) + 호흡(respiration)]으로 표시되며 몇 가지 동물군(animal group)에서의 값이 표 1.3에 나타나 있다. 여기에서 두 가지의 흥미 있는 양상을 보여 주는데, 첫째는 조류와 포 유류 같은 정온(endothermic) 동물은 매우 낮은 효율을 갖는다. 이는 이들 동물들이 일정한 높은 체온을 유지하기 위해서 많은 에너지를 소비하기 때문이다.

 

둘째로, 초 식자가 육식 자보다 덜 효율적이다. 이는 식물조직이 일반적으로 동물 조직보다 소화하는데 더 어렵기 때문인 것으로 생각된다. 그림 1.3은 생태계를 통해서 흐르는 에 너지의 양을 보기 쉽게 나타내는 것이다. 에너지가 흐르는 방향은 화살표로 표시되어 있다.