뿌리학습 · 고등 과학탐구
생태계 평형과 생물과 환경
어떤 지역에 사는 생물들과 그들을 둘러싼 환경은 서로 영향을 주고받으며 하나의 체계를 이룬다. 이것을 생태계라고 한다.
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개념 정리
먼저 무엇이 생태계를 이루는지부터 보자. 생태계에는 두 가지 요소가 있다. 하나는 생물적 요인으로 그 지역에 사는 모든 생물이고, 다른 하나는 비생물적 요인으로 빛, 물, 온도, 공기, 토양 같은 환경이다. 생태라는 말 때문에 생물만 떠올리기 쉽지만 환경도 생태계의 구성요소다.
생태계를 볼 때는 단계를 나누어 본다. 하나하나의 생물을 개체라 하고, 같은 종의 개체들이 모인 무리를 개체군이라 하며, 여러 개체군이 함께 사는 것을 군집이라고 한다. 그 군집이 환경과 함께 이루는 것이 생태계다.
생물적 요인은 하는 일에 따라 셋으로 나뉜다. 광합성으로 스스로 양분을 만드는 생산자, 다른 생물을 먹어 양분을 얻는 소비자, 그리고 죽은 생물과 배설물을 분해하는 분해자다. 분해자는 먹이 그림에 잘 나오지 않아 빠뜨리기 쉽지만 매우 중요하다. 분해자가 물질을 다시 환경으로 되돌려 놓아야 그 물질을 생산자가 다시 사용할 수 있기 때문이다.
생물과 환경의 관계도 정확히 이해해야 한다. 환경이 생물에 영향을 주는 것은 쉽게 떠올린다. 빛의 양에 따라 식물의 잎 모양이 달라지고, 온도에 따라 동물의 활동이 달라진다. 그런데 반대 방향도 있다. 식물이 광합성을 하면 대기의 기체 조성이 달라지고, 지렁이가 흙 속을 다니면 토양의 성질이 바뀐다. 영향은 한 방향이 아니라 양방향이다.
이제 생물들 사이의 관계를 보자. 생물은 먹고 먹히는 관계로 이어져 있다. 이 관계를 한 줄로 이은 것이 먹이 사슬이다. 그런데 실제 자연에서 한 생물이 한 종류만 먹는 경우는 드물다. 여러 먹이 사슬이 서로 얽혀 그물처럼 이어지는데 이것이 먹이 그물이다.
여기서 중요한 점이 있다. 먹이 그물이 복잡하면 불안정할 것 같지만 오히려 반대인 경우가 많다. 어떤 생물이 갑자기 줄어들었을 때, 그것을 먹던 생물에게 다른 먹이 경로가 있다면 큰 타격 없이 버틸 수 있다. 먹이 그물에 여러 경로가 있으면 한 종의 변화가 다른 종에 미치는 영향이 완화되어 생태계가 안정을 유지하는 데 도움이 된다.
먹이 관계에서 생물이 차지하는 단계를 영양단계라고 한다. 생산자가 첫 단계이고 그것을 먹는 소비자가 다음 단계로 이어진다. 각 영양단계의 에너지양을 아래에서부터 쌓아 그리면 위로 갈수록 좁아지는 피라미드 모양이 되는데, 이것이 생태 피라미드다. 개체 수나 생물량으로 그린 피라미드는 생태계에 따라 모양이 달라지기도 하지만, 에너지로 그린 피라미드는 언제나 아래가 넓다.
왜 위로 갈수록 줄어들까. 먹은 것을 모두 자기 몸으로 만들 수는 없기 때문이다. 먹은 양분의 상당 부분은 생명 활동에 쓰이면서 열로 빠져나가고, 일부는 소화되지 않고 배출된다. 그래서 다음 단계로 전달되는 에너지는 대체로 10~20퍼센트 정도에 그친다. 이렇게 단계마다 크게 줄어들기 때문에 영양단계가 무한히 이어질 수 없다.
여기서 물질과 에너지를 구분해야 한다. 물질은 생산자에서 소비자로, 분해자를 거쳐 다시 환경으로 돌아가며 순환한다. 그런데 에너지는 순환하지 않는다. 생태계에 들어오는 에너지의 주된 원천은 태양이며, 에너지는 생산자를 거쳐 각 단계로 흐르면서 계속 열로 빠져나가고 결국 생태계 밖으로 나간다. 물질은 돌고 에너지는 흐른다고 기억하면 된다. 그래서 생태계는 태양 에너지가 계속 들어와야 유지된다.
이렇게 물질과 에너지가 오가면서 생태계는 일정한 상태를 유지한다. 각 생물의 개체 수와 물질의 양, 에너지의 흐름이 크게 흔들리지 않는 상태를 생태계 평형이라고 한다.
평형이라는 말을 정확히 이해하자. 개체 수가 전혀 변하지 않는다는 뜻이 아니다. 개체 수는 늘 오르내린다. 어떤 해에는 늘고 어떤 해에는 줄지만, 그 변동이 일정한 범위 안에 머무르는 것이 평형이다.
평형이 유지되는 원리는 먹이 관계에 있다. 예를 들어 어떤 초식동물이 늘어나면 그것을 먹는 육식동물의 먹이가 늘어 육식동물도 늘어난다. 육식동물이 늘면 초식동물이 다시 줄고, 먹이가 줄면 육식동물도 줄어든다. 이렇게 서로 영향을 주고받으며 한쪽으로 치우치지 않게 조절된다. 초식동물이 늘면 식물이 줄어드는 것도 초식동물의 증가를 억제한다.
마지막으로 짚어야 할 것은 회복에 한계가 있다는 점이다. 생태계는 어느 정도의 변화라면 스스로 평형을 되찾는다. 그러나 변화가 지나치게 크거나 빠르면 돌아가지 못한다. 서식지가 사라지거나 특정 종이 완전히 사라지면 그와 연결된 종들이 연쇄적으로 영향을 받고, 먹이 그물이 단순해지면서 생태계는 더 약해진다. 사람의 활동으로 생기는 환경 변화가 문제가 되는 이유가 여기에 있다.
이 단원 시험에서 묻는 것
학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.
- [10통과2-02-02]먹이 관계와 생태 피라미드를 중심으로 생태계 평형이 유지되는 과정을 이해하고, 환경의 변화가 생태계에 미칠 수 있는 영향에 대해 협력적으로 소통할 수 있다.
자주 하는 착각
생태계의 구성과 상호 관계
- 생태계를 생물들만의 모임으로 본다. 생태라는 말이 생물을 떠올리게 하기 때문이다. 생태계는 생물적 요인과 비생물적 요인이 함께 이루는 하나의 계다. 빛, 물, 온도, 토양 같은 환경도 생태계의 구성요소다.
- 환경이 생물에 영향을 주는 것만 생각한다. 생물이 환경에 적응한다고 배우기 때문이다. 영향은 양방향이다. 식물의 광합성이 대기의 기체 조성을 바꾸고, 지렁이가 토양의 성질을 바꾸는 것처럼 생물도 환경을 바꾼다.
- 분해자를 생태계에서 빠뜨린다. 먹이 그림에 잘 등장하지 않기 때문이다. 분해자는 죽은 생물과 배설물을 분해해 물질을 다시 환경으로 되돌린다. 분해자가 없으면 물질 순환이 이어지지 않는다.
먹이 관계와 생태 피라미드
- 먹이 사슬과 먹이 그물을 같은 말로 쓴다. 둘 다 먹고 먹히는 관계를 나타내기 때문이다. 먹이 사슬은 하나의 직선 경로이고, 먹이 그물은 여러 사슬이 얽힌 전체 구조다. 실제 생태계는 그물의 형태다.
- 먹이 그물이 복잡할수록 불안정하다고 본다. 복잡하면 무너지기 쉽다고 생각하기 때문이다. 오히려 반대인 경우가 많다. 먹이 그물에 여러 경로가 있으면 한 생물이 줄어도 대체 경로가 있어 그 영향이 완화되고 생태계가 안정을 유지하는 데 도움이 된다.
- 생태 피라미드에서 위로 갈수록 개체 수가 많다고 본다. 상위 소비자가 강하다고 여기기 때문이다. 상위 영양단계로 갈수록 전달되는 에너지가 줄어 에너지 피라미드는 아래가 넓은 모양이 된다. 다만 개체 수나 생물량을 나타낸 피라미드는 생태계에 따라 모양이 달라질 수 있다.
- 에너지가 먹이 관계를 따라 순환한다고 본다. 물질 순환과 같은 방식으로 생각하기 때문이다. 물질은 순환하지만 에너지는 순환하지 않는다. 에너지는 태양에서 들어와 각 단계를 거치며 열로 빠져나가는 한 방향의 흐름이다.
- 상위 단계로 갈수록 에너지가 줄어드는 이유를 먹는 양이 적기 때문이라고만 본다. 양의 문제로 보기 때문이다. 먹은 것을 모두 몸으로 만들 수 없고, 생명 활동에 쓰거나 열로 잃는 부분이 크다. 그래서 다음 단계로 전달되는 에너지는 대체로 10~20퍼센트 정도에 그친다.
생태계 평형
- 생태계 평형을 개체 수가 전혀 변하지 않는 상태로 본다. 평형이라는 말 때문이다. 개체 수는 늘 오르내리며, 그 변동이 일정한 범위 안에서 유지되는 것이 평형이다.
- 한 종이 사라져도 다른 종에는 영향이 없다고 본다. 생물을 각각 따로 보기 때문이다. 먹이 관계로 이어져 있어 한 종이 줄면 그것을 먹던 종과 그것이 먹던 종 모두에 영향이 미친다.
- 생태계는 어떤 변화든 스스로 회복한다고 본다. 평형을 되찾는다고 배우기 때문이다. 회복에는 한계가 있다. 변화가 지나치게 크거나 빠르면 원래 상태로 돌아가지 못한다.
이런 오개념, 나도 갖고 있을까?
생태계는 그 지역에 살고 있는 생물들만으로 이루어진 모임이다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
'생태'라는 말이 생물을 강하게 떠올리게 하다 보니, 생태계를 생물들의 모임으로만 생각하기 쉬워요. 실제로는 빛, 물, 온도, 토양 같은 비생물적 요소들도 생태계를 이루는 중요한 구성요소예요. 생물적 요인과 비생물적 요인이 함께 어우러져야 비로소 하나의 생태계가 된답니다.
생물과 환경은 서로 영향을 주고받으며, 생물도 환경을 변화시킬 수 있다.정답 보기
O (맞는 설명이에요)
생물이 환경에 '적응'한다는 표현을 자주 접하다 보면, 영향이 환경에서 생물 쪽으로만 흐른다고 생각하기 쉬워요. 실제로는 식물의 광합성이 대기 중 기체 조성을 바꾸거나, 지렁이가 토양의 성질을 변화시키는 것처럼 생물도 환경에 영향을 줘요. 즉, 생물과 환경 사이의 영향은 한 방향이 아니라 양방향으로 일어나요.
분해자는 먹이 사슬에서 중요한 역할을 하지 않으므로 생태계 구성 요소에 포함되지 않는다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
먹이 사슬 그림에는 식물, 초식 동물, 육식 동물처럼 살아 있는 생물들만 주로 등장하다 보니, 분해자는 생태계에서 빠져도 되는 존재로 느껴지기 쉬워요. 실제로는 분해자가 없으면 죽은 생물과 배설물이 쌓여 물질이 환경으로 되돌아가지 못하고, 생태계의 물질 순환이 끊어져요. 즉, 분해자는 눈에 잘 띄지 않을 뿐 생태계를 유지하는 데 꼭 필요한 구성 요소예요.
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자주 묻는 질문
교육부 고시 제2022-33호 과학탐구 교육과정 기반