생태계

(영문)

생태계(ecosystem)는 생물들로 이루어져 있는 군집과 이와 상호작용하는 무생물적 환경으로 구성된 생태학적 단위이다. 생태계의 계층은 개체-개체군-군집-생태계-경관-생물군계-생물권와 같이 구분된다. 생태계의 요소는 생물적(biotic) 요소와 비생물적(abiotic) 요소로 구분되며 두 요소가 서로 상호작용을 하여 그 형태를 변화시킬 수 있다. 미생물은 과거의 지구환경을 변화시켰고 현재에도 생태계에 중대한 영향을 미치고 있다.

목차

생태계(ecosystem)는 생물들로 이루어져 있는 군집(community)과 이와 상호작용하는 무생물적 환경으로 구성된 생태학적 단위이다. 생물이 물리-화학적 주변환경과 유기적인 집합을 이룰 때 이를 생태계(ecosystem)라고 한다¹⁾. 생태학에서는 연구주제를 계층적으로 개체-개체군-군집-생태계-경관-생물군계-생물권으로 구분하는데²⁾ 생태계라는 용어는 각각의 경관, 생물군계 등 또한 모두 하나의 생태계로 다룰 수 있는 넓은 의미로도 사용될 수 있다.

모든 생태계는 지구상의 모든 생물과 환경을 포함하는 생물권(biosphere)에 포함되어 있다¹⁾. 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 예이다²⁾. 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 모임이다²⁾. 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 있다¹⁾. 

생물권(biosphere)에는 모든 생물이 살지만 우주적인 관점에서 지구의 최외각의 일부분에만 존재한다. (출처: 한국미생물학회)

크게 보면 생태계는 두가지 기본 요소로 나누어지며 살아 있는 생물적(biotic) 요소와 물리-화학적인 비생물적(biotic) 요소로 구별할 수 있다²⁾. 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 있다²⁾.

동물과 식물은 생물권 내에서 에너지 변환에 큰 몫을 담당하고 있으나 무수한 미생물 또한 생태계에서 중추적인 역할을 담당하고 있다. 최초의 생태계에서는 세균(bacteria) 또는 고균(archaea) 만이 존재하였으며 이들은 생물권의 환경을 다른 생물이 살 수 있도록 변화시켜 주었다. 산소를 발생시키는 광합성 세균의 등장은 지구환경적 관점에서 엄청나게 큰 사건이었으며 대기와 해양의 산소 농도를 증가시켜 지구상에 없었던 새로운 환경을 생성하였다. 이러한 높은 산소 농도는 많은 에너지를 요구하는 운동성 생물을 출현시켰으며 현재 우리가 볼 수 있는 생물들의 진화의 원동력이라 할 수 있다²⁾.

균류(fungi)는 매우 효율적인 분해자로서 죽은 식물체를 빠르게 분해시켜 무기영양소의 순환에 지대한 역할을 하고 있다. 광합성을 하는 원생생물(protists)인 조류(algae)는 수계에서 광합성의 큰 부분을 담당하고 있다. 수계에 존재하는 다른 원생생물은 규산염이나 탄산염을 껍질로 이용하기 때문에 이들 물질의 순환에 중요한 역할을 하고 있다. 많은 원생생물 또는 세균들 다른 생물에 공생이나 기생을 하고, 질병을 일으켜 군집 내에서 중요한 영향을 미치게 된다. 세균과 고균은 생태계 내에서 생화학의 전문가이며 세균과 고균들의 종류가 다양한 것처럼 그 물질대사능력 또한 매우 다양하다. 이들은 생태계 내의 화학물질 순환인 생지화학적 순환(biogeochemical cycle)에 가장 중요한 역할을 하고 있다²⁾.

미생물은 크기가 매우 작고 다양한 대사능력을 가지고 있기 때문에 다양한 생태계를 구성할 수 있다. 수 밀리리터의 수환경이나 그 이하의 공간에서도 미소생태계를 구성할 수 있으며 식물이나 동물이 없는 생태계를 포함한 지구상의 모든 생태계에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 미생물학적 관점에서는 인체 또한 하나의 미생물학적 생태계로서 외부 환경과 구별되어 있으며 인간과 미생물이 유기적인 집합을 구성하고 있다. 최근 인체에 존재하는 모든 미생물 군집의 집합체를 인체미생물체(human microbiome)라고 하여 이에 대한 활발한 연구가 진행되고 있다³⁾.

미생물 생태계로서 인체 (출처: )

인체미생물체(human microbiome), 생물권(biosphere), 경관(landscape), 생물군계(biome), 군집(community), 개체군(population), 개체군생태학, 개체생태학, 군집생태학, 생태계생태학, 생물권생태학, 세균(bacteria), 고균(archaea), 균류(fungi), 원생생물(protists), 조류(algae), 생지화학적 순환(biogeochemical cycle)

김경호/부경대학교

조장천/인하대학교

1. Ricklefs, R.E. 2013. 생태학: 자연의 경제학, 6판. 라이프사이어스.
2. Smith, T.M. and Smith, R.L. 2011. 생태학, 7판. 라이프사이언스.
3. (사)한국미생물학회. 2017. 미생물학, 1판. 범문에듀케이션