먹이사슬

먹이사슬은 한 생태계 내 생물들 간의 먹고 먹히는 관계를 나타내는 개념으로 1차생산자로부터 최상위 육식자(top predator)까지의 선형적인 연결을 말한다. 구체적인 종 간의 먹이관계를 나타내기도 하고 1차생산자, 1차소비자, 2차소비자, 최상위 육식자 등 기능집단의 먹이연쇄를 나타내기도 한다. 현대적인 먹이사슬 개념은 엘톤(Charles Elton)이 먹이그물 개념과 함께 1927년에 발간된 책¹⁾에서 제안되었다.

목차

생산자에서 1차소비자인 초식자, 초식자에서 2차, 3차소비자인 육식자로 이어지는 먹이사슬은 널리 알려져있다. 이 먹이사슬을 초식 먹이사슬(grazing food chain)이라고 한다. 생태계에는 초식 먹이사슬 이외에 또 다른 에너지 경로가 존재하는데 이를 유기물잔해 먹이사슬(detritus food chain)이라고 한다. 숲 생태계에서 생산된 유기물 중 아주 작은 부분만 1차소비자인 초식동물에게 이용되고 나머지는 모두 유기물잔해(detritus)가 된다. 이 유기물잔해를 이용하는 토양미생물 및 토양소동물들이 유기물을 분해하고 이들 생물로부터 시작하는 먹이사슬이 형성되는데 이를 유기물잔해 먹이사슬이라고 한다. 1차생산자와 1차 소비자인 초식자 간의 에너지 전달 효율에 따라 초식 먹이사슬과 유기물잔해 먹이사슬로 흐르는 에너지의 상대적인 양이 결정된다.

생태계 내의 두 에너지 경로. (출처:한국식물학회)

생산자인 식물성플랑크톤(phytoplankton)은 영양소가 풍부할수록 1차생산성이 높아 바이오매스를 증가시킬 수 있지만 이와 동시에 동물성플랑크톤(zooplankton)의 섭식으로 바이오매스가 감소할 수 있다.

식물성플랑크톤에 대한 영양소의 영향은 하위 단계에서 상위 단계의 바이오매스를 조절하는 상향조절(bottom-up regulation)이라고 하고, 동물성플랑크톤이 식물성플랑크톤에 미치는 영향은 상위 단계에서 하위 단계의 바이오매스를 조절하기에 하향조절(top-down regulation)이라고 한다. 최상위육식자로부터의 하향조절이 연속적으로 일어나면 아랫 영양단계의 바이오매스가 교대로 감소하고 증가하는 패턴을 보이는데 이를 영양단계 연쇄반응(trophic cascade)라고 한다.

상향 및 하향조절과 영양단계 연쇄반응. (출처:한국식물학회)

한 생태계의 먹이 사슬의 길이는 그 생태계를 통과하는 에너지량의 평균적인 양을 나타낸다. 열역학 제2법칙에 따라 각 영양단계를 지나면서 가용한 에너지는 급격히 줄어들기에 대부분의 생태계에서 영양단계는 3 또는 4단계로 나타난다. 질소 안정동위원소의 비율은 영양단계를 거치면서 규칙적으로 증가하는 경향이 있기에 이를 이용하면 먹이사슬에서 각 생물이 차지하는 영양 위치(trophic position)을 정량적으로 추정할 수 있다. 질소 안정동위원소의 비율, δ¹⁵N은 한 영양단계를 거칠 때마다 평균적으로 3.4‰ 증가한다. 따라서 영양위치는

와 같고, 이에 1차소비자를 기준종으로 한 먹이그물의 길이는

로 정량적으로 추정할 수 있다.²⁾

1. Elton, C. (1927) Animal Ecology. New York, Macmillan Co.,
2. Doi, H; Vander Zanden MJ, Hillebrand H (2012) Shorter Food Chain Length in Ancient Lakes: Evidence from a Global Synthesis. Plos ONE, 7(6):e37856