01 생태계의 개체군

01 생태계의 개체군

1 생태계

• 개체군, 군집, 생태계의 정의

⑴ 개체군: 한 지역에서 살아가는 같은 종의 개체들로 이루어진 집단

⑵ 군집: 한 지역에서 서로 밀접한 관계를 맺으며 모여 있는 개체군들의 집합

⑶ 생태계: 생물이 환경과 조화를 이루며 살아가는 체계, 생물적 요소와 비생물적 요소뿐 아니라 이들 사이의 상호 관계, 물질 순환, 에너지 흐름까지 포함하는 유기적인 체계

-개체: 생존에 필요한 구조적, 기능적 특징을 갖춘 돌립된 하나의 생물체이다.

 

• 생태계의 구성 요소: 비생물적 요인과 생물적 요인으로 구성

⑴ 비생물적 요인: 생물을 둘러싸고 있는 빛, 온도, 물, 토양, 공기 등

⑵ 생물적 요인: 생태계의 모든 생물로 역할에 따라 생산자,  소비자, 분해자로 구분된다.

① 생산자: 빛에너지를 이용하여 무기물로부터 유기물을 생산하는 생물

예) 식물, 조류, 광합성 세균, 식물성 플랑크톤 등

② 소비자: 다른 생물을 먹음으로써 유기물을 얻는 생물

예) 초식 동물, 육식 동물 등

③ 분해자: 생물의 사체나 배설물에 들어 있는 유기물을 분해하여 필요한 에너지를 얻는 생물

예) 일부 세균, 곰팡이, 버섯 등

 

• 생태계의 구성 요소 사이의 관계

⑴ 작용: 비생물적 요인이 생물에게 영향을 주는 것

예) 양분이 풍부한 토양이 식물을 잘 자라게 한다. 일조량의 감소로 벼의 광합성량이 감소한, 가을에 토끼가 털갈이를 함

⑵ 반작용: 생물이 비생물적 요인에 영향을 주는 것

예) 지렁이가 토양을 비옥하게 한다. 식물의 광합성으로 대기의 산소 농도가 증가함, 지렁이가 토양층에 틈을 만들어 토양의 통기성이 증가함

⑶ 상호 작용: 함께 살아가는 생물 사이에 영향을 주고받는 것

예) 뿌리혹박테리아가 질소를 고정해 콩과식물에 제공하고 뿌리혹박테리아는 서식지를 얻는다. 스라소니의 개체 수가 증가하자 토끼의 개체 수가 감소함

비생물적 요인과 생물적 요인의 상호 관계

• 빛과 생물: 한 식물에서도 빛을 많이 받는 양엽은 빛을 적게 받는 음엽보다 울타리 조직이 발달해 잎의 두께가 두껍다. 수심에 따라 투과되는 빛의 파장이 달라 해조류의 분포가 다르다. 녹조류는 얕은 수심에 분포하고, 홍조류는 깊은 수심까지 분포한다. 국화와 같은 식물은 하루 중 밤의 길이가 길어지는 계절에 꽃이 피고, 닭이나 꾀꼬리는 빛을 쬐는 일조 시간이 길어지면 생식을 위해 산란을 한다.
• 온도와 생물: 양서류, 파충류와 같이 외부 온도에 따라 체온이 변하는 동물(변온동물)은 겨울이 되어 온도가 낮아지면 겨울잠을 잔다. 추운 지방에 서식하는 포유류는 몸집이 크고, 몸의 말단부(귀, 꼬리 등)가 작은 경항이 있는데, 이는 열의 손실을 줄여 체온을 유지한는 데 유리하다. 일부 식물은 온도가 낮아지면 단풍이 들고 낙엽을 만든다.
• 물과 생물: 물이 부족한 곳에 사는 건생 식물은 뿌리와 저주 조직이 발달해 있다. 물속이나 물 위에 떠서 사는 식물은 줄기나 잎에 통기 조직이 발달해 있다.
• 공기와 생물: 고산 지대처럼 산소가 희박한 곳에 사는 사람은 적혈구 수가 평지에 사는 사람보다 많다. 식물의 광합성과 동식물의 호흡은 대기 중의 산소와 이산호 탄소 농도를 변화시킨다.
• 토양과 생물: 토양은 생물의 서식처가 되고 양분을 제공하기 때문에 토양의 상태에 따라 생존할 수 있는 생물종이 달라진다. 세균과 버섯에 의해 토양 속 무기물의 양이 증가하고, 지렁이나 두더지는 토양의 통기성을 높여 준다.

 

개체군

1 개체군의 특성

• 개체군: 한 지역에 사는 같은 종의 개체들의 집합체, 생물은 무리 지어 개체군을 이루어 살며 개체 생활에서는 볼 수 없었던 여러 가지 특성이 나타난다.

 

• 개체군의 밀도

⑴ 개체군의 밀도는 개체군이 서식하는 단위 면적당 개체 수를 의미한다.

개체군의 밀도 ＝ 개체 수/개체군 서식지의 면적

 

⑵ 개체군의 밀도는 개체의 출생과 이입으로 증가하고 사망과 이출로 감소한다.

① 개체의 사망: 개체군의 밀도를 감소시킨다.

② 개체의 출생: 개체군의 밀도를 증가시킨다.

③ 개체의 이입: 개체군의 밀도를 증가시킨다.

④ 개체의 이출: 개체군의 밀도를 감소시킨다.

 

• 개체군의 생장 곡선

개체군의 개체 수가 시간에 따라 증가하는 것을 개체군의 생장이라고 하고, 개체군의 생장을 그래프로 나타낸 것을 생장 곡선이라고 한다.

⑴ 개체군의 이론적 생장 곡선

개체군의 생장에 필요한 모든 조건(먹이, 생활 공간 등)이 최적이면 개체들은 기하급수적으로 늘어나 그림과 같은 J자 모양의 생장 곡선을 나타낼 것이다.

※ 그림은 교과서를 참고하세요.

 

• 혈구 계수기란

혈구 계수기(Hemocytometer)는 원래 혈구 세포를 세기 위해 고안되었지만, 현재는 현미경상에서 볼 수 있는 입자들을 세는 데 사용된다. 챔버와 사각형의 두꺼운 유리 슬라이드 글라스로 구성된다. 이 챔버에는 현미경으로 관찰할 수 있는 미세한 격자가 레이저로 조각되어 있다. 혈구 계수기는 이 챔버의 두께와 격자의 면적을 이용하여 일정 용량 내의 세포 또는 입자를 계수한 후 희석 배율 등을 고려하여 전체 용액 내의 세포, 입자 수를 계산할 수 있다. 효모의 개체 수를 측정하는 경우 파란 곳을 모두 세고 평균을 구한다. 파란 곳의 면적은 1 mm2이고 깊이가 0.1 mm이다. 1 mL ＝1 cm3(1000 mm3)이므로, 1 mL당 입자의 수를 구하기 위해 104을 곱하면 된다.

 

⑵ 개체군의 실제 생장 곡선

탐구 결과와 같이 실제 개체군의 개체 수는 처음에는 급격히 증가하지만, 시간이 지나면서 생장 속도가 느려져 나중에는 더 증가하지 않고 일정한 수를 유지하는 S자를 나타낸다.

⑶ 환경 저항

개체 수가 증가할수록 먹이의 부족, 생활 공간의 부족, 노폐물의 증가 등에 의해 환경 저항이 증가한다.

① 이론적 생장 곡선: 이상적인 조건에서는 시간이 지날수록 개체 수가 지속해서 증가하여 J자 모양이 된다.

② 실제 생장 곡선: 실제 환경에서는 처음에는 개체 수가 급격히 증가하다가 환경 저항으로 시간이 지나면서 생장 속도가 느려져 더 이상 증가하지 않고 일정 수준을 유지한다.

③ 환경 수용력: 한 서식지가 수용할 수 있는 개체군의 최대 크기

 

• 개체군의 생존 곡선

같은 시기에 태어난 개체 중 생존한 개체 수를 시간에 따라 나타낸 그래프를 생존 곡선이라고 한다. 생존 곡선은 다양하지만, 그림과 같이 세 가지 일반적인 유형으로 분류할 수 있다.

⑴ Ⅰ형: 적은 수의 자손을 낳지만 양육이 잘 이루어져 초기 사망률이 낮고, 대부분의 개체가 수명을 다한다. 예) 사람, 대형 포유류

⑵ Ⅱ형: 평생 비교적 일정한 사망률을 보인다. 예) 쥐, 다람쥐, 도마뱀, 조류 등

⑶ Ⅲ형: 많은 수의 자손을 낳지만 초기에 사망률이 높고, 그 후에 살아남은 적은 수의 개체들이 수명을 다한다. 예) 물고기, 굴 등

※ 많은 종이 이런 기본적인 생존유형에 포함되지만 복잡한 유형의 종들도 있다. 예를 들어 게 같은 몇몇 무척추동물은 탈피할 때 사망률이 높아지고, 딱딱한 외피를 갖추고 나면 사망률이 낮아지기 때문에 ‘계단형’ 곡선을 나타낸다.

 

• 개체군의 연령 분포

⑴ 연령 분포: 개체군 내에서 연령에 따른 개체 수의 비율을 나타낸 것

⑵ 연령 피라미드: 연령 분포를 적은 연령부터 차례로 쌓아 피라미드 모양으로 나타낸 것, 연령은 크게 생식 전 연령층, 생식 연령층, 생식 후 연령층을 구분

① 발전형: 생식 전 연령층의 비율이 상대적으로 높아 개체 수 증가 예상

② 안정형: 생식 전 연령층과 생식 연령층의 비율이 비슷하여 개체 수에 큰 변화가 없을 것으로 예상

③ 쇠퇴형: 생식 전 연령층의 비율이 상대적으로 낮으므로 개체 수 감소 예상

 

• 개체군 밀도의 변동

개체군의 밀도는 생물적, 비생물적 요인들의 복합적인 상호 작용으로 변한다.

⑴ 돌말 개체군 밀도의 주기적 변동(계절적 변동)

돌말 개체군의 밀도는 계절에 따른 영양염류의 양, 빛의 세기, 수온의 변화에 따라 주기적으로 변한다.

① 초봄: 영양염류가 충분한 상태에서 빛의 세기와 수온이 높아지므로 돌말 개체군의 밀도가 증가한다.

② 늦봄: 영양염류가 고갈되어 돌말 개체군의 밀도가 감소한다.

③ 늦여름: 축적된 영양염류 때문에 돌말 개체군의 밀도가 증가한다.

④ 가을: 빛의 세기가 약해지고 수온이 낮아져 돌말 개체군의 밀도가 감소한다.

⑤ 겨울: 수온이 낮고 빛의 세기가 약해 돌말 개체군의 밀도가 증가하지 못한다.

⑵ 로열섬의 뿔사슴 개체군과 늑대 개체군의 밀도 변화(포식과 피식 관계에 따른 변동)

① 대형 포유류 개체군의 밀도도 먹이 또는 포식과 피식 관계로 변동할 수 있다.

② 1900년경에 뿔사슴은 미국 본토에서 슈피리어호에 있는 로열섬으로 와서 무리를 이룸 → 늑대 무리가 1950년경 이 섬으로 이주 → 뿔사슴과 늑대 개체군은 이입과 이출 없이 외부와 격리 → 뿔사슴 개체군의 밀도는 50년간 두 번의 큰 변동을 겪음

③ 1975~1980년: 늑대 개체군의 밀도가 증가하여 늑대의 피식자인 뿔사슴 개체군의 밀도가 감소한 것을 볼 수 있다.

④ 1995년경: 겨울에 내린 눈 때문에 먹이를 구하기가 어려워져 뿔사슴 개체군의 밀도가 감소하였다.

 

2 개체군 내의 상호 작용

• 개체군의 밀도가 증가함에 따라 개체들은 먹이, 생활 공간, 배우자 등을 차지하기 위해 서로 경쟁한다.
• 종 내 경쟁이 심해지면 개체군의 유지가 어려워지고 다른 개체군과의 경쟁에서도 불리해진다.
• 개체군 내에서는 불필요한 경쟁을 피하고 질서를 유지하기 위해 다양한 상호 작용이 일어난다.

텃세	하천에서 은어처럼 일정한 공간을 점유하고 다른 개체가 침입하는 것을 적극적으로 막는 것을 텃세라고 한다. 예) 은어, 까치 등
순위제	개체군의 구성원 사이에서 힘의 서열에 따라 일정한 순위를 결정하여 집단 내 질서를 유지하는 것이다. 닭을 한 닭장에 넣고 모이를 주면 서로 쪼며 싸우다가 곧 순위가 정해져 모이 먹는 순서가 정해진다. 예) 닭은 한 닭장에 넣고 모이를 주면 서로 쪼며 싸우다가 곧 순위가 정해져 모이 먹는 순서가 정해진다. 큰뿔양은 수컷의 뿔 크기나 뿔치기를 통해 순위를 정한다.
리더제	동물 개체군에서 영리하고 경험이 많은 한 마리의 리더가 전체 개체군의 행동을 유도하는 것이다. 우두머리 늑대가 무리의 이동이나 사냥감 등을 정하고 다른 늑대들의 싸움을 조정한다. 예) 우두머리 늑대는 무리의 사냥 시기나 사냥감 등을 정한다. 기러기가 집단으로 이동할 때 리더를 따라 이동한다.
사회생활	각 개체들이 먹이 수집, 방어 생식 등의 일을 분담하고 협력함으로써 전체 개체군이 조화를 이루며 살아간다. 예) 여왕개미는 생식, 병정개미는 방어, 일개미는 먹이 획득을 담당한다. 꿀벌은 여왕꿀벌을 중심으로 업무가 분업화되어 있다.
가족생활	사자, 호랑이, 코끼리 등과 같은 동물은 새끼가 성장하여 독립할 때까지 어미와 새끼가 무리를 지어 생활한다. 이처럼 혈연관계의 개체가 모여 개체군을 형성하는 것을 가족생활이라고 한다. 예) 사자, 코끼리, 침팬지 등

 

참고자료: 지학사 생명과학1 교과서, EBS 수능특강 생명과학1