개체군

개체군은 특정 시기에 주어진 지역에서 서로 상호작용 하는 한 종의 개체들로 구성되며 밀도, 성비, 연령구조, 출생률, 이입률, 사망률, 이출률 등과 같은 고유한 특성을 갖는다.¹⁾²⁾ 같은 서식지에서 살고 있는 한 종 내 개체들 중 일부는 별도의 독립된 소개체군(또는 국지개체군, 아개체군)으로 나뉘며, 개체의 구역 간의 규칙적인 이동에 의해 묶여 있다. 소개체군은 다시 모여서 메타개체군을 형성한다.³⁾ 개별 소개체군은 ‘출생’(서식지 구역에서 군집화)과 ‘사망’(구역에서 멸종)의 가능성을 갖고 있다. 소개체군은 개별적으로 성장하지만 메타개체군보다는 그 수가 적기 때문에 국지적 교란이나 개체 수의 불규칙한 변동이 일어날 경우 멸종이 일어나기 쉽다. 그러나 만약 소개체군 사이에 개체의 이동이 빈번하다면, 유입된 개체가 소개체군의 멸종으로 이어지는 것을 막을 수 있는데 이를 구조효과(rescue effect)라 한다.²⁾

개체군은 특정 지역에 서식하는 동일한 종의 집단이다. (출처:GettyimagesKorea)

목차

개체군의 크기를 헤아릴 때, 대부분의 종은 전수 조사가 비현실적이며 불가능하다. 존재하는 모든 개체를 관찰할 수 있는 가능성은 대부분의 경우 100%보다 낮다. 그러므로 생태학에서는 흔히 집단 내의 개체 수를 직접 세는 것보다는 추정의 방법을 이용한다. 예를 들어, 진딧물의 수를 셀 때, 생태학자는 잎 중에서 몇 장의 표본을 골라 그 수를 세어서 제곱미터당 존재하는 잎의 수를 추정하고, 이를 바탕으로 제곱미터당 존재하는 진딧물의 수를 추정한다. 지표면에서 서식하는 식물과 동물은 일반적으로 ‘방형구’ 라 부르는 작은 면적 단위를 이용해 표지하고 측정한다. 흙에서 서식하는 개체의 경우 표본 단위는 ‘흙의 부피’가 된다.¹⁾

이동성 생물은 개체가 개체 수 조사 지역 안팎으로 이동하기 때문에 수를 산출하기가 더욱 어렵다. 따라서 동물의 경우에는 표지-재포획 방법(mark-recapture method)을 이용한다. 많은 수의 개체를 포획하여 표시한 뒤 풀어주고 표시된 개체가 표시되지 않은 개체와 개체군 내에 섞이게 둔 후 다시 개체를 포획한다. 새로 포획한 표본 내 표시된 개체의 비율은 다음의 공식을 이용하여 지정된 구역의 전체 개체군 규모를 추정하는 데 사용된다.

다시 말해 두 번째 표본의 첫 번째 표본에서 포획하여 표시된 개체의 비율이 표본 추출 지역의 첫 번째 표본 포획 개체의 비율과 같다고 가정하는 것이다.

개체군 밀도를 결정하고 규모를 정량화하는 것은 중요하다. 모든 개체의 수가 개체군 생장에 동등하게 기여하는 것은 아니지만 개체군 동태를 이해하는 시작점이라고 할 수 있다.²⁾

북극곰 개체군 (출처:GettyimagesKorea)

개체는 출생이나 이입에 의하여 개체군에 들어오고 사망이나 이출에 의하여 개체군을 떠난다. 개체군에서 출생률과 사망률은 시간의 경과에 따라 새로 태어난 개체 수와 죽은 개체 수의 비율로 나타낸다. 예를 들어, 어떤 개체군에서 1년에 120개체가 출생한다면 출생률은 120개체/년 또는 10개체/월이고 사망률도 같은 방법으로 나타낸다. 외부 환경조건의 제약이 없는 이상적인 조건 하의 출생률과 사망률은 각각 최대출생률과 최소사망률이라고 한다. 이와 달리 자연계에서는 환경요인의 영향으로 출생률이 감소하고 사망률이 증가하는데, 이러한 출생률과 사망률을 각각 생태적 출생률과 생태적 사망률이라고 한다.

자연에서는 개체군의 크기를 산정할 때 이입과 이출을 알기 어려우므로 이들을 제외하고 출생률과 사망률의 차를 이용한다. 즉, 출생률과 사망률이 같으면 개체군의 크기는 변하지 않고 출생률이 사망률보다 크면 개체군이 커지며 그 반대면 작아진다.⁴⁾

낮은 밀도를 가지는 개체군들은 시간의 흐름에 따라 개체군의 내적자연증가율(intrinsic rate of natural increase, r)에 따라 기하급수적으로 생장한다. 개체군 크기의 증가는 개체군 속의 여러 개체들의 기여도의 총합으로 산출할 수 있다. 종내경쟁(또는 사망률 증가 또는 출생률 감소를 유도하는 어떤 힘) 없이 이러한 증가율은 일정하며 관련된 종들의 증가율 또한 같은 값을 가진다. 개체당 평균 증가율(r)은 개체당 출생률(b)과 개체당 사망률(d)의 차이를 뜻한다고 할 때, 다음과 같이 표현할 수 있다.

짧은 기간에 알맞도록 미분하면 다음과 같이 표현된다.

내적자연증가율(r)은 b-d와 같기 때문에 지수생장방정식은 다음과 같이 단순화된다. 내적자연증가율로부터 전체 개체군의 증가율을 구하면 다음과 같고 이는 J자형 곡선으로 나타난다.

한편 어떤 환경이든지 자원이 제한적이기 때문에 부양할 수 있는 개체 수는 한정적이다. 이 때의 개체 수는 환경수용능(carrying capacity, K)이라 하며 자원과 관련이 있다. 자원이 고갈되면서 생장이 감소하는 개체군은 로지스트형 생장이라 부르는 S자형 곡선으로 나타난다. S자형 그래프는 지수생장 방정식에 수용능력에 접근할수록 개체군 생장을 떨어뜨리는 변수를 추가함으로써 생성된다.

위의 변수는 이용 가능한 자원 선점에 의해 개체군 생장이 감소하는 것을 보여주며, 이는 환경저항으로 간주된다. 개체군이 환경수용능에 근접할수록 새로운 개체가 이용할 수 있는 자원의 양은 점점 작아지고 그 결과 개체군에 추가되는 각 개체는 그에 해당하는 양만큼 개체군 생장을 저하시킨다.

N = K일 때, 이 시점에서 K-N = 0이고 (K-N) / K = 0이다.

따라서 dN/dt = 0이기 때문에 개체군 생장은 중지된다.²⁾³⁾

지수생장곡선과 로지스틱생장곡선 (출처:한국식물학회)

1. Begon M, Townsend CR, Harper JL (2015) 생태학, Ed 4th. 라이프사이언스,
2. Sadava D, Hillis D, Heller C 등 (2012) 생명 : 생물의 과학, Ed 1st. 라이프사이언스,
3. Townsend CR, Begon M, Harper JL (2004) 이것이 생태학이다, Ed 2nd. 월드사이언스,
4. 김준호, 서계홍, 정연숙 외 (2001) 현대생태학, Ed 1st. 교문사,