생태계
(1) 개체, 개체군, 군집, 생태계
① 개체: 생존에 필요한 구조적, 기능적 특징을 갖춘 독립된 하나의 생물체이다.
② 개체군: 일정한 지역에서 같은 종의 개체들이 무리를 이루어 생활하는 집단이다.
③ 군집: 일정한 지역에 모여 생활하는 여러 개체군들의 집합이다.
④ 생태계: 생물이 주위 환경 및 다른 생물과 서로 관계를 맺으며 조화를 이루고 있는 체계이다.
(2) 생태계의 구성 요소: 생태계는 생물적 요인과 비생물적 요인으로 구성된다.
① 생물적 요인: 생태계의 모든 생물로 역할에 따라 생산자, 소비자, 분해자로 구분된다.
- 생산자: 광합성을 하는 식물과 같이 스스로 무기물로부터 유기물을 합성하는 생물이다.
예) 식물, 조류
- 소비자: 다른 생물을 먹어 유기물을 얻는 생물이다. 초식 동물, 육식 동물
- 분해자: 생물의 사체나 배설물에 들어 있는 유기물을 무기물로 분해하여 에너지를 얻는 생물이다. 예) 세균, 곰팡이, 버섯
② 비생물적 요인: 생물을 둘러싼 환경으로 생물의 생존에 영향을 미친다. 빛, 온도, 물, 토양, 공기
(3) 생태계 구성 요소 사이의 상호 관계
① 비생물적 요인이 생물적 요인에 영향을 준다. 일조량의 감소로 벼의 광합성량이 감소함, 가을에 토끼가 털갈이를 함
② 생물적 요인이 비생물적 요인에 영향을 준다. 식물의 광합성으로 대기의 산소 농도가 증가함, 지렁이가 토양층에 틈을 만들어 토양의 통기성이 증가함
③ 생물적 요인 사이에 서로 영향을 주고받는다. 스라소니의 개체 수가 증가하자 토끼의 개체 수가 감소함, 뿌리혹박테리아가 공기 중의 질소를 고정시켜 콩과식물에 공급함
비생물적 요인과 생물적 요인의 상호 관계
개체군
(1) 개체군의 특성
① 개체군의 밀도: 개체군이 서식하는 공간의 단위 면적당 개체 수를 의미한다.
- 개체군의 밀도를 증가시키는 요인: 출생, 이입
- 개체군의 밀도를 감소시키는 요인: 사망, 이출
② 개체군의 생장 곡선: 개체군의 개체 수가 시간에 따라 증가하는 것을 개체군의 생장이라 하고, 개체군의 생장을 그래프로 나타낸 것을 생장 곡선이라 한다.
- 이론적 생장 곡선: 자원(먹이, 서식 공간 등)의 제한이 없는 이상적인 환경에서 나타나며, 개체 수가 기하급수적으로 늘어나 J자형의 생장 곡선을 나타낸다.
- 실제 생장 곡선: 자원의 제한이 있는 실제 환경에서 나타난다. 개체 수가 증가하면 먹이와 서식 공간이 부족해지고 개체 간의 경쟁이 심해진다. 또, 노폐물이 축적되어 개체군의 생장이 억제된다. 따라서 개체 수가 증가하면 개체군의 생장 속도가 느려지고 나중에는 개체 수가 더 이상 증가하지 않고 일정하게 유지되는 S자형의 생장 곡선을 나타낸다.
- 환경 저항: 개체군의 생장을 억제하는 요인이다. 먹이 부족, 서식 공간 부족, 노폐물 축적, 질병 등이 있다.
- 환경 수용력: 주어진 환경 조건에서 서식할 수 있는 개체군의 최대 크기이다.
③ 개체군의 생존 곡선: 동시에 출생한 개체들 중 생존한 개체수를 상대 수명에 따라 나타낸 그래프이다. 종에 따라 연령별 사망률이 다르며, 이러한 차이는 서로 다른 유형의 생존 곡선으로 나타난다.
- Ⅰ형: 출생 수는 적지만 부모의 보호를 받아 초기 사망률이 낮고, 대부분의 개체가 생리적 수명을 다하고 죽어 후기 사망률이 높다. 예) 사람, 대형 포유류 등
- Ⅱ형: 시간에 따른 사망률이 비교적 일정하다. 예) 다람쥐, 조류 등
- Ⅲ형: 출생 수는 많지만 초기 사망률이 높아 성체로 생장하는 수가 적다. 예) 굴, 어류 등
④ 개체군의 연령 분포: 연령 분포는 한 개체군 내에서 전체 개체 수에 대한 각 연령별 개체 수의 비율을 나타낸 것이다. 이를 낮은 연령층부터 차례대로 쌓아 올린 그림을 연령 피라미드라고 한다.
- 발전형: 생식 전 연령층의 비율이 상대적으로 높아 개체 수가 증가할 것으로 예상되는 유형이다.
- 안정형: 생식 전 연령층과 생식 연령층의 각 연령별 비율이 상대적으로 비슷하여 개체 수에 큰 변화가 없을 것으로 예상되는 유형이다.
- 쇠퇴형: 생식 전 연령층의 비율이 상대적으로 낮아 개체 수가 감소할 것으로 예상되는 유형이다.
⑤ 개체군의 주기적 변동
- 계절적 변동: 환경 요인이 계절에 따라 주기적으로 변하면, 개체군의 크기도 계절에 따라 주기적으로 변동한다. 돌말 개체군의 계절적 변동: 초봄에 개체 수 증가(∵ 많은 영양 염류, 빛의 세기와 수온 증가) → 늦봄에 개체 수 감소(∵ 영양염류 고갈) → 늦여름에 개체 수 증가(∵ 영양염류 증가) → 초가을에 개체 수 감소(∵ 빛의 세기와 수온 감소)
- 포식과 피식 관계에 따른 변동: 포식과 피식에 의해 두 개체군의 크기가 주기적으로 변동한다. 눈신토끼와 스라소니의 개체 수 변동: 눈신토끼의 개체 수 증가 → 스라소니의 개체 수 증가(∵ 먹이 증가) → 눈신토끼의 개체 수 감소 → 스라소니의 개체 수 감소(∵ 먹이 부족) → 눈신토끼의 개체 수 증가
(2) 개체군 내의 상호 작용: 개체군 내의 개체들 사이에 먹이, 서식 공간, 배우자 등을 차지하기 위해 경쟁이 일어난다. 이런 종내 경쟁이 심해지면 개체군의 유지가 어려워지고 다른 개체군과의 경쟁에서도 불리해진다. 따라서 개체군 내의 경쟁을 피하고 질서를 유지하기 위해 다양한 상호 작용이 일어난다.
① 텃세: 먹이나 서식 공간 확보, 배우자 독점 등을 목적으로 일정한 공간을 점유하고 다른 개체의 침입을 적극적으로 막는 것이다. 이렇게 확보한 공간을 세력권이라고 한다. 예) 은어, 까치 등
② 순위제: 개체들 사이에서 힘의 서열에 따라 순위를 정하여 먹이나 배우자를 차지하는 것이다. 닭을 한 닭장에 넣고 모이를 주면 서로 쪼며 싸우다가 곧 순위가 정해져 모이 먹는 순서가 정해진다. 큰뿔양은 수컷의 뿔 크기나 뿔치기를 통해 순위를 정한다.
③ 리더제: 한 개체가 전체 개체군의 행동을 이끄는 것이다.
예) 우두머리 늑대는 무리의 사냥 시기나 사냥감 등을 정한다. 기러기가 집단으로 이동할 때 리더를 따라 이동한다.
④ 사회생활: 각 개체가 먹이 수집, 방어, 생식 등의 일을 분담하고 협력하여 조화를 이루며 살아가는 것이다. 여왕개미는 생식, 병정개미는 방어, 일개미는 먹이 획득을 담당한다. 꿀벌은 여왕벌을 중심으로 업무가 분업화되어 있다.
⑤ 가족생활: 혈연관계의 개체들이 모여 생활하는 것이다. 예) 사자, 코끼리, 침팬지 등
군집
(1) 군집의 특성
① 군집의 구성: 군집을 이루고 있는 여러 종류의 개체군들은 먹고 먹히는 관계를 맺고 있다.
② 먹이 사슬과 먹이 그물: 군집을 구성하는 개체군 사이의 먹고 먹히는 관계를 사슬 모양으로 나타낸 것을 먹이 사슬이라고 한다. 군집 내에서 먹이 사슬 여러 개가 서로 얽혀 마치 그물처럼 복잡하게 나타나는 것을 먹이 그물이라고 한다.
③ 생태적 지위: 개체군이 차지하는 먹이 그물에서의 위치, 서식 공간, 생물적·비생물적 요인과의 관계 등 군집 내에서 개체군이 갖는 위치와 역할을 말한다. 개체군이 먹이 그물에서 차지하는 위치인 먹이 지위와 개체군이 차지하는 서식 공간인 공간 지위 등이 있다.
(2) 군집의 구조
① 우점종: 군집에서 개체 수가 많거나 넓은 면적을 차지하여 군집을 대표하는 종이다. 다른 종의 생육과 비생물적 요인에 영향을 주어 군집의 구조에 큰 영향을 미친다.
② 핵심종: 군집 안에서 우점종은 아니지만 군집의 구조에 중요한 역할을 하는 종이다.
예) 바닷가 바위 생태계에서 조개와 따개비의 생존을 결정하는 불가사리, 습지 생태계에서 다른 동물의 분포에 영향을 미치는 수달
방형구법을 이용한 식물 군집 조사
지표종과 희소종
- 지표종: 특정한 지역이나 환경에서만 볼 수 있는 종으로 그 군집의 지역적, 환경적 특성을 나타낸다. 이산화 황의 오염 정도를 예측할 수 있는 지의류, 고산 지대에 서식하여 고도와 온도 범위를 예측할 수 있는 에델바이스
- 희소종: 군집을 구성하는 개체군 중 개체 수가 매우 적은 종이다.
③ 층상 구조: 삼림처럼 많은 개체군으로 이루어진 군집은 수직적인 몇 개의 층으로 구성되는데, 이를 층상 구조라고 한다.
- 삼림의 층상 구조는 교목층, 아교목층, 관목층, 초본층, 지표층 등으로 이루어진다.
- 층상 구조의 발달로 높이에 따라 도달하는 빛의 세기가 다르다.
- 층상 구조는 다양한 동물에게 서식지를 제공한다.
(3) 군집의 종류: 군집은 생물의 서식 환경에 따라 크게 육상 군집과 수생 군집으로 구분할 수 있다.
① 육상 군집: 기온과 강수량의 차이로 삼림, 초원, 사막으로 구분한다.
- 삼림: 많은 종류의 목본 식물과 초본 식물로 이루어진 육상의 대표적인 군집으로, 강수량이 많은 지역에 형성된다. 열대 지방의 상록 활엽수로 구성된 열대 우림, 온대 지방의 낙엽 활엽수로 구성된 온대림, 아한대 지방의 북부 침엽수림 등
- 초원: 주로 초본 식물로 이루어진 군집으로, 삼림보다 강수량이 적은 지역에 형성된다.
예) 열대 지방의 건조 지역에서 발달하는 열대 초원, 온대 지방의 온대 초원 등
- 사막: 강수량이 매우 적고 건조하여 식물이 자라기 어려운 지역에 형성된다. 예) 저위도 지방의 열대 사막, 온대 내륙 지방의 온대 사막, 한대와 극지방 부근에 형성되는 툰드라
② 수생 군집(수계): 하천, 호수, 강에 형성되는 담수 군집과 바다에 형성되는 해수 군집이 있다.
(4) 군집의 생태 분포: 기온이나 강수량 등 환경 요인의 영향을 받아 형성된 군집의 분포이다.
① 수평 분포: 위도에 따라 나타나는 분포로, 기온과 강수량의 차이에 의해 나타난다. 저위도에서 고위도로 갈수록 열대 우림 → 낙엽수림 → 침엽수림 → 툰드라 순으로 분포한다.
② 수직 분포: 특정 지역에서 고도에 따라 나타나는 분포로, 주로 기온의 차이에 의해 나타난다. 고도가 낮은 곳에서 높은 곳으로 갈수록 상록 활엽수림 → 낙엽 활엽수림 → 침엽수림 → 관목대 순으로 분포한다.
(5) 군집 내 개체군 사이의 상호 작용
① 종간 경쟁: 생태적 지위가 유사한 두 개체군이 같은 장소에 서식하게 되면 한정된 먹이와 서식 공간 등의 자원을 차지하기 위한 종간 경쟁이 일어나며, 두 개체군의 생태적 지위가 중복될수록 경쟁의 정도가 심해진다. 예) 짚신벌레(카우다툼)와 애기짚신벌레(아우렐리아)의 경쟁
- 경쟁·배타 원리: 두 개체군이 경쟁한 결과 경쟁에서 이긴 개체군은 살아남고, 경쟁에서진 개체군은 경쟁 지역에서 사라지는 현상이다.
② 분서(생태 지위 분화): 생태적 지위가 비슷한 개체군들이 서식지, 먹이, 활동 시기 등을 달리하여 경쟁을 피하는 현상이다. 한 그루의 나무에 서식하는 여러 종의 솔새가 경쟁을 피하기 위해 서로 다른 공간에서 살아간다.
③ 포식과 피식: 두 개체군 사이의 먹고 먹히는 관계를 말한다. 예) 스라소니(포식자)와 눈신토끼(피식자)
- 다른 생물을 잡아먹는 생물을 포식자라고 하고, 먹이가 되는 생물을 피식자라고 하며, 포식자를 피식자의 천적이라고 한다.
- 포식과 피식 관계로 먹이 사슬이 형성되고, 포식과 피식 관계의 개체군은 서로 영향을 미쳐 개체군의 크기에 주기적 변동을 가져오기도 한다.
④ 공생: 두 개체군이 서로 밀접하게 관계를 맺고 함께 살아가는 것이다.
- 상리 공생: 두 개체군이 서로 이익을 얻는 경우이다. 예) 흰동가리와 말미잘, 콩과식물과 뿌리혹박테리아
- 편리공생: 한 개체군은 이익을 얻지만, 다른 개체군은 이익도 손해도 없는 경우이다.
예) 빨판상어와 거북, 황로와 물소
⑤ 기생: 한 개체군이 다른 개체군에 피해를 주면서 생활하는 것이다. 동물의 몸에 사는 기생충, 식물에 기생하는 겨우살이
- 기생 관계에서 이익을 얻는 생물을 기생 생물, 손해를 입는 생물을 숙주라고 한다.
⑥ 개체군 사이의 상호 작용에 따른 개체 수 변화
- (가): 종 B가 사라지므로 경쟁·배타가 일어났다.
- (나): 단독 배양할 때보다 두 종 모두 개체 수가 늘어났으므로 상리 공생이 일어났다.
군집 내 개체군 사이의 상호 작용
(6) 군집의 천이: 군집의 종 구성과 특성이 시간이 지남에 따라 변하는 과정이다.
① 1차 천이: 생물이 없고 토양이 형성되지 않은 곳에서 토양의 형성 과정부터 시작하는 천이이다.
- 건성 천이: 건조한 지역(용암 대지와 같은 불모지)에서 시작되며, 지의류가 개척자로 들어온다. 지의류에 의해 바위의 풍화가 촉진되어 토양이 형성되고, 토양의 수분과 양분 함량이 증가하여 초원이 형성된 후 관목이 우점하는 군집이 된다. 이후 강한 빛에서 빠르게 자라는 소나무와 같은 양수가 우점하는 양수림이 형성된다. 양수림이 형성되면 숲의 상층에서 많은 빛이 흡수되어 하층에 도달하는 빛의 세기가 약해진다. 이에 따라 약한 빛에서도 잘 자라는 참나무와 같은 음수의 묘목이 자라면서 양수와 음수의 혼합림이 형성된다. 음수가 번성하여 혼합림이 점차 음수림으로 전환된다.
- 습성 천이: 습한 곳(호수, 연못 등)에서 시작되며, 빈영양호에 유기물과 퇴적물이 쌓여 습원(습지)이 형성되고 초원을 거쳐 건성 천이와 같은 과정을 거친다.
② 2차 천이: 기존의 식물 군집이 있었던 곳에 산불, 산사태, 벌목 등이 일어나 군집이 파괴된 후, 기존에 남아 있던 토양에서 시작하는 천이이다.
- 토양이 이미 형성되어 있는 곳에 종자나 식물의 뿌리 등이 남아 있어 보통 1차 천이보다 빠른 속도로 진행된다.
- 주로 초본(풀)이 개척자로 들어오며, 초원이 형성된 후 1차 천이와 같은 과정으로 일어난다.
③ 극상: 천이의 마지막 단계로 안정된 상태를 말한다.
참고자료: EBS 수능특강 생명1
