생태계

해양생태계의 좋은 예인 산호초

생태계(生態系, ecosystem)는 상호작용하는 유기체들과 또 그들과 서로 영향을 주고받는 주변의 무생물 환경을 묶어서 부르는 말이다. 생태계를 연구하는 학문을 생태학(ecology)이라고 한다.

같은 곳에 살면서 서로 의존하는 유기체 집단이 완전히 독립된 체계를 이루면 이를 '생태계'라고 부를 수 있다. 이 말은 곧 상호의존성과 완결성이 하나의 생태계를 이루는 데 꼭 필요한 요소라는 뜻이다.

하나의 생태계 안에 사는 유기체들은 먹이사슬을 통해 서로 밀접하게 연관된 경우가 많다. 이 먹이사슬을 통해 영양물질이 여러 유기체에 걸쳐 순환하고 에너지도 같이 이동하는데, 이런 과정을 거치는 동안 다양한 생태계가 생겨난다.

개관

미디어 생태계, IT 생태계, 바이오 생태계, 산업 생태계, 블록체인 생태계... 요즘 여러 분야에서 자주 사용되는 용어가 바로 생태계이다. 생태계는 생물과 무생물적인 환경으로 구성된 생태학적 단위로, 이 안에 담긴 생물과 환경 간의 긴밀한 관계와 연결성이라는 의미만을 빌려 쓴 것이다. 기후위기, 생물다양성 파괴 등 다양한 환경 문제를 이야기할 때에도 생태계가 자주 등장한다.

'생태계'라는 용어가 서구 사회에 정립된 것은 1930년 로이 클라팸이라는 학자에 의한 것으로서 그는 환경 전반의 유기체와 생물들의 연관성에 대해 논하기 시작하였다. 휴에 영국의 식물생태학자 아서 탠슬리(1871~1955)가 앞서 정리한 로이의 연구 결과를 정제하여 발표한 것이 현재의 생태계(Ecosystem)이다. 그는 1935년 과학 전문 학술지 <에콜로지>에 생태계라는 용어를 처음 소개했다. 그가 정의한 생태계는 '우주를 구성하고 있는 물리적 위계에서 생물 집단과 환경으로 이루어진, 어찌 보면 생물군계보다 작고 군집보다는 큰 물리적인 실체'이다. 생태계가 담은 중요한 의미는 뚜렷한 경계가 있는 대상이고 생태계 내에서는 여러 가지 구성요소들이 존재한다는 것이다. 이 구성요소들 사이의 상호작용이 생태계가 안정적으로 유지되는 데 중요하다.

미국의 생태학자 유진 오덤은 이 생태계 개념을 생태학의 연구 중심축으로 세웠다. <생태학의 기초>(1953)에서 생태학을 '자연의 구조와 기능'을 이해하는 학문으로 정의했다. 여기서 기능은 에너지 흐름과 물질 순환을 말하는데, 이것이 현대 생태계 연구의 핵심이 되었다. 이후 생태학 연구 방향도 바뀌었다. 단순히 숲이나 자연을 두루 살피는 것이 아니라 명확한 경계를 정하고 그 경계 안에서 일어나는 현상을 몇 가지 구성요소로 나누어 관찰하게 되었다.

학계에서 사용되던 생태계라는 용어의 대중화를 이끈 사람은 미국의 해양생물학자이자 작가인 레이철 카슨이다. 그의 대표 저서인 <침묵의 봄>(1962)에서 살충제가 생태계의 먹이사슬을 통해 생명체에 축적되고 그것이 인간에게도 악영향을 미칠 수 있다는 것을 경고했다. "'생태계'라고 하는 복잡한 시스템을 이해하지 않으면 우리가 직면한 환경 문제 해결은 요원하다는 사실을" 일깨운 것이다.

이후 생태계 연구에서 주요하게 다루는 것은 에너지 흐름이다. 에너지 흐름을 이해하려면 동식물의 먹이사슬 구조를 알아야 한다. 일례로 200㎏의 호랑이 한 마리가 생존하려면 먹이가 되는 초식 동물은 적어도 2톤 이상 있어야 한다. 초식 동물들이 살아가려면 자신들의 먹이가 되는 식물이 20톤 이상 필요하다. 이는 생태계 복원을 위해선 생명체들이 살아가는 데 필요한 에너지가 많아야 한다는 얘기다. 무엇보다 전체 먹이망의 회복이 필수 조건이다. 그 먹이망의 근본이 되는 것은 광합성을 하는 넓은 숲이다. 에너지 흐름 측면에서 보면, 생태계는 약육강식의 세계가 아니다. 먹이사슬 최상에 존재하는 소수의 생물체가 살아남으려면 개개는 작지만 합치면 엄청난 양이 되는 식물체의 존재가 필수적이다.

에너지 흐름과 더불어 물질 순환은 생태계 연구의 중요한 영역이다. 물질 순환이란 지구 상에 존재하는 물질들이 화학적 형태를 바꾸면서 위치를 이동하는 것을 의미한다. 탄소 순환, 질소 순환, 인 순환이 이에 해당한다. 생태계의 물질 순환 생태계에서 생물 군집은 무기환경과 끊임없이 물질을 주고받으며 생활한다. 즉 생물은 비생물 환경으로부터 물질을 받아 유기물을 만들며, 이것은 먹이연쇄를 따라 이동하지만 결국 다시 비생물 환경으로 되돌아간다.

가장 중요한 개념은 모든 자연환경 상에 있어 모든 생물이 그물처럼 연계되어 있다는 점이다. 인간계의 생태학적 개념이란 인간과 자연이 함께 공존하는 것이라고 볼 수 있으며 작은 미생물에서부터 거대한 동물들에 이르기까지 모든 작용이 서로 밀접한 위치에 있음을 상징한다. 생태계의 예로는 크게 육상 생태계, 연안 생태계, 육지 생태계로 나뉜다.

물질 순환과 에너지 흐름에서 자주 발견되는 것은 협력의 관계다. 협력은 생태계 존재의 필수 조건이다. 우리 세포 하나하나에 들어 있는 "미토콘드리아도 아주 오래전에 외부에서 들어온 세포가 우리 몸의 세포와 협력해서 안정화된" 것이다. 생물들은 자기와 가까운 유전자를 가진 친족들을 위해서 기꺼이 희생하기도 한다. 이를 '혈연선택'이라 부른다.

최근에는 인간이 한 구성요소로 작동하는 생태계 연구가 활발히 진행되고 있다. 생물과 환경의 총체라는 생태계 개념을 넘어 '생물-인간-환경' 세 축으로 이해해야만 하는 때가 도래한 것이다. 그런 의미에서 생태학의 연구 대상은 인간이 사는 도시로까지 넓혀지고 있다. 새로운 연구 분야로 떠오른 것이 도심의 '미생물균총'이다. 미생물균총은 사람의 장 속이나 피부 등에 서식하며 인간의 건강에 영향을 미치는 미생물을 의미한다. 최근 한 연구에서 미국 뉴욕시 센트럴파크의 흙에 서식하는 미생물의 다양성은 깊은 산 속의 것과 큰 차이가 없고, 뉴욕이나 홍콩처럼 지하철망이 발달한 도시에는 지하철의 유동인구 수에 따라 역에 서식하는 미생물의 양이나 종류가 크게 바뀐다는 것이 밝혀졌다. 이 연구 결과는 도시의 미생물 분포와 이동 경로를 밝히는 것이 전염병 이해 등에 중요한 자료로 쓰일 수 있음을 시사한다.

생태계의 계층

모든 생태계는 지구상의 모든 생물과 환경을 포함하는 생물권(biosphere)에 포함되어 있다. 생태계는 그 크기와 형태, 범위 등이 매우 다양하며 생물권은 수없이 많은 생태계들의 존재와 이들간의 상호작용으로 구성되어 있다. 생태계의 조각모음으로 이루어진 넓은 육상이나 물지역을 경관(landscape)이라고 한다. 생물군계(biome)는 유사한 생태계 유형들이 우점하는 지역을 의미하며 경관들이 모여서 생물군계를 이루며 열대우림, 초지, 사막 등이 그 예이다. 경관과 생물군계를 따로 생물학적 계층에 포함시키지 않고 생태계에 포함시켜 사용하기도 한다[1]. 생태계의 환경적인 요소를 제외하고 생물만의 집단을 군집(community)라고 하며 이러한 군집은 서로 다른 개체군(population)들로 이루어져 있다. 개체군이란 주어진 한 지역에 서식하는 동종 개체들의 모임이다. 개체군들은 군집 내에서 다른 개체군들과 공생 및 경쟁을 하며 이러한 개체군 간의 상호작용을 연구하는 분야가 개체군생태학이다. 개체군을 구성하는 개체(individual)들은 생태학 연구의 가장 기본단위라고 할 수 있으며 개체들이 주어진 환경에서 어떻게 적응하는지를 연구하는 개체생태학분야가 있다. 그 외에도 각각의 계층에 따라 연구의 접근 방식이 달라 군집생태학, 생태계생태학, 생물권생태학 등으로 나뉠 수 있다

생태계의 요소

크게 보면 생태계는 두가지 기본 요소로 나누어지며 살아 있는 생물적(biotic) 요소와 물리-화학적인 비생물적(biotic) 요소로 구별할 수 있다. 생물학적인 요소로는 다양한 식물, 동물, 미생물들을 포함하며 이들은 종합적으로 군집을 이루고 있다. 비생물학적 요소로는 대기, 기후, 토양, 물 등 생물을 제외한 생태계를 구성하는 모든 물리-화학적 요소들을 포함한다. 비생물학적 요소는 생물에 중요한 영향을 미치며 생태계의 형태를 결정하는데 결정적인 역할을 한다. 생물학적 요소 또한 비생물학적 요소에 영향을 주어 환경을 바꾸어 생태계의 모습을 변화시킬 수 있다

생태계의 다양성

생태계가 다양한 양상으로 나타나는 것에는 여러 원인이 있다.

• 가장 일차적인 이유는 지구가 구형이기 때문이다. 지구과학에서도 배우지만, 지구가 구형이기 때문에 위도별로 받는 태양에너지가 차이가 나게 된다. 이에 따른 온도의 분포가 생태계 다양성의 원인이 된다.
• 다음 원인으로는 수륙분포가 있다. 대륙과 바다의 분포인데, 대륙의 중심에서는 당연히 건조한 기후가 나타나고 바다 한가운데의 섬에서는 습한 기후가 나타나는 등의 영향을 준다.
• 다음 원인은 고도차이 이다. 해양생태계에는 고도가 아닌 깊이지만, 지구 중심에서 얼마나 떨어져 있느냐로 이해하면 되겠다. 해양생태계의 심해저와 바다 표면, 육상생태계의 강 하구와 산 꼭대기는 서로 다른 온도, 압력 등을 가진다.
• 다음은 해당 지역의 역사이다. 이는 천이, 인간의 영향이나 다른 생물의 영향, 지구의 기후변화 등을 포함한다. 인간이 논으로 이용하는 지대의 경우 종다양성이 매우 낮다거나 해충이 사라졌다던가 할 수 있으며, 지구의 기온이 점점 따뜻해져 원래 빙하가 있던 곳이 얼마 전 녹았다면 아무것도 없는 황무지일 것이고 시간이 흘러 천이가 일어났다면 점차 한대림으로 변하는 등의 다양성이 나타난다.
• 좀 더 미시적인 관점을 갖는다면, 해당 지역의 울퉁불퉁함이나 여러 생물의 영향 등을 꼽을 수 있다. 커다란 나무가 자랄 경우 그 밑은 그늘이 지기 때문에 주변과 다른 환경을 나타내게 되며, 이를 '미기후'라고 한다. 이 때문에 나무의 그늘 밑과 그늘의 영향을 받지 않는 옆 부분은 서로 다른 생물이 서식하게 된다.

이런 원인들이 복합적으로 작용하여 생태계가 다양해지게 된다. 이에 따른 결과로 나타나는 것이 '생태계 다양성'인데, 생태계 다양성은 종다양성 만큼이나 중요하다. 종다양성이 해당 지역의 생태학적 건강함을 나타낸다면, 생태계 다양성은 더 큰 범위에서의 생태학적 건강함을 나타낸다고 할 수 있다

인류학적 관점에서 많은 사람들은 생태계가 모든 생산의 원천이자 상품과 용역의 기초가 된다고 본다. 가장 대표적인 것이 목재나 유제품과 같은 제품들이다.

생태계의 예

• 수생 생태계 - 산호초, 해양 생태계, 연못 생태계
• 숲 생태계 - 우림, 사바나, 타이가
• 극지 생태계 - 툰드라
• 초원 생태계 - 스텝
• 인간 생태계 - 농 생태계, 도시 생태계
• 해양 생태계
• 사막
• 스텝
• 타이가
• 툰드라
• 도시 생태계
• 아마존
• 사바나
• 우림
• 프레리
• 산호초

생태계 파괴

온갖 동식물의 보금자리인 생태계는 인간의 무분별한 개발로 인해 몸살을 앓고 있다. 인간의 영향이 닿지 않는 생태계를 찾아보기 힘든 수준이다.

생태계 파괴의 주요 원인은 아래와 같다.

• 무분별한 남획과 밀렵

무분별한 남획으로 특정 생물의 개체수가 줄어들어 자연 생태계의 혼란으로 이어짐

예 : 호랑이의 멸종으로 멧돼지 개체수 급증, 카이바브 고원 사건 등.

• 산업용 폐기물과 화학물질의 하천방류

오폐수를 하천에 방류함으로인해 물고기가 떼죽음을 당하고 하천 생태계를 파괴함

• 외래종 생물의 탈출이나 방류

식용이나 모피, 애완동물 등을 목적으로 외국에서 들여온 동식물이 방류되어 토종 생태계의 파괴를 가져옴.

예 : 황소개구리,뉴트리아,큰입배스, 그리고 브리더들이 키우는 파충류, 양서류, 무척추동물 등

• 난개발로 인한 생태계 파괴

도시개발이나 산업시설 등이 들어서면서 숲이나 늪 등에서 생물들이 살아갈 공간이 없어지고 그 자리에 건물이나 도로가 들어서면서 생태계가 급변하거나 사라짐.

• 오염물질의 해양투기

생활 하수나 분뇨, 기름 유출, 각종 폐기물을 바다에 버리면서 산호나 바다생물이 사라짐.

• 지구 온난화

수온이나 기온이 바뀌면서 생태계에 큰 변화가 생기고 생태계교란이 일어나기도 함.

이렇게 생태계 파괴가 심화될 경우 당연히 인간의 삶의 질 역시 크게 떨어지며, 극단적으로는 인류의 생존이 위험받을 수도 있다. 전술했 듯 지구의 생태계는 인간이 사용하는 모든 자원과 재화의 원천이기 때문이다. 아직까지 인류는 자연 생태계를 완벽히 대체할 만한 인공 생태계를 구축할 기술은 가지지 못했으며, 따라서 세계 여러 선진국들은 탄소 배출 규제, 일회용품 규제, 국립공원 조성 등과 같은 생태계 보존 대책을 마련하고 있다.

참고자료

• 〈생태계〉, 《미생물학백과》
• 〈생태계〉, 《위키백과》
• 〈생태계〉, 《나무위키》
• 허윤희 기자, 〈‘생물-인간-환경’ 세 축 이해해야 생태계 보인다〉, 《한겨레》, 2020-11-20

같이 보기

• 지구온난화
• 생물
• 미생물