초식먹이사슬

1차 소비자의 먹이가 살아있는 식물의 생산량인 먹이사슬. 초식먹이사슬이 4개의 영양수준이라면 식물, 1차소비자인 초식동물, 2차소비자, 3차소비자의 순으로 영양수준을 이룬다.

목차

초식은 초식동물이 식물이나 조류(algae)의 일부 또는 전부를 섭식하는 것을 말한다. 현존하는 주요 동물 분류군의 97목 증 27목이, 곤충의 29목중 9목이 초식을 한다. 인간을 포함하여 여러 척추동물, 36만종 이상의 초식성 곤충 등이 초식동물에 해당한다. 초식성 곤충은 딱정벌레류, 나비와 나방, 파리류, 노린재 같은 흡즙성 곤충, 메뚜기류 등이다.¹⁾

초식하는 잎벌(Nematus ribesii)의 애벌레 (출처:https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Caterpillar_feeding_on_leaf_-_20140906_121127_(cropped).jpg)

초식하는 흰꼬리사슴(Odocoileus virginianus) (출처: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:White-tailed_deer_(Odocoileus_virginianus)_grazing_-_20050809.jpg)

육상생태게인 초원 생태계에서 초식먹이사슬은 1차생산자인 풀에서 시작할 수 있다. 메뚜기가 풀을 먹고, 흰가슴멧새가 메뚜기를 먹으며, 개구리매가 흰가슴멧새를 먹는다면 단순한 직선의 초식먹이사슬이 형성될 수 있다. 실제 초원 생태계의 초식먹이사슬은 1차생산자에서 출발하지만 여러 소비자로 연결되어 먹이그물의 형태가 된다.²⁾ 수생태계인 호수의 초식먹이사슬은 1차생산자인 식물플랑크톤에서 출발한다. 식물플랑크톤을 동물플랑크톤이 먹고, 식물플랑크톤과 동물플랑크톤을 작은 어류가 섭취한다. 작은 어류는 큰 어류가 먹고 큰 어류는 인간이 섭식하기도 한다.

초식먹이사슬의 바닥과 첫 번째 영양수준인 초식동물의 관계는 초식먹이사슬의 기초를 형성하기 때문에 매우 중요하다. 육상식생에서 순1차생산성의 약 10%가 초식동물에 의해서 소비된다. 이런 초식동물에 의한 소비 비율은 식생에 따라서 다르다. 사막의 관목림과 고산과 툰드라는 2-3%, 산림은 4-7%, 온대초원은 10-15%, 아프리카 초지나 목축을 위한 초지는 30-60%에 이른다. 이런 소비 비율은 해마다 다르고 나방이나 병원성 미생물이 번성하는 해에는 순1차생산성의 50-100%가 소비되기도 한다. 

초식먹이사슬은 미세조류들이 사는 얕은 물과 식물플랑크톤이 사는 개방수계에서 가장 중요한 역할을 한다. 즉 이런 생태계에서 1차 순생산성(net primary productivity, NPP)의 대부분이 소비되고 매우 높은 효율로 초식동물에게 동화된다. 초식먹이사슬에서는 순1차생산이 초식동물의 에너지원이 되고 초식동물은 육식동물의 에너지원이 되어 에너지 흐름이 한방향이 된다. 

미국 캔사스 주 톨그래스국립보호구(Tallgrass Prairie National Preserve)의 초식먹이사슬의 예. 여러 먹이사슬이 연결되어 먹이그물이 되었다. (출처:National Park Service)

육상식물 지상부 바이오매스의 약 10-20%가 매년 초식동물에 의해 소비된다. 지구상에 있는 다세포 생물종의 25% 정도가 초식동물이므로 작은 양으로 추산되지만, 초식동물의 대발생이 일어나면 그 생태계에서 식물의 잎이 완전히 초식으로 소비될 수도 있다. 초식에 대한 2가지 제한 요인이 있어서 육상식물은 유지될 수 있다. 첫 번째는 상위 포식자들이 초식동물의 개체수를 제한하여 육상식물이 살아 남게 한다. 이러한 개체군 조절을 하향조절(top-down effect)이라고 한다. 두 번째 제한 요인은 식물 자체가 초식동물의 밀도를 조절하는 것이다. 식물 조직의 단백질 함량은 낮고 탄수화물 함량은 높지만 목질소(리그닌)와 섬유소(셀룰로오스) 같은 소화가 잘 되지 않는 형태가 많다. 많은 식물 조직의 영양의 질은 낮고 초식동물을 방어하는 화학물질을 포함하여 초식동물의 개체군을 조절할 수 있다. 이런 조절은 상향조절(bottom-up effect)라고 한다.³⁾

초식먹이사슬은 육상 생태계에서 초식동물의 낮은 소비 효율과 낮은 동화 효율로 인해서 거의 역할을 하지 못한다. 1차 생산성이 매우 낮은 작은 개울과 연못에서 초식먹이사슬은 거의 존재하지 않는다. 작은 개울과 연못의 에너지원은 주변 육상 환경으로부터 물속으로 이동한 죽은 유기물이다.⁴⁾ 초식먹이사슬에서 벗어난 배설물과 사체는 부니질먹이사슬로 유입된다.

1. Stiling P (2012) Ecology: Global insights and investigations, Ed 1, McGraw-Hill Education.
2. Smith TM, Smith RL (2015) Elements of ecology, Ed 9, Pearson Education, Inc.
3. Barbour MG, Burk JH, Pitts WD 등 (1998) Terrestrial plant ecology, Ed 3, Addison Wesley Longman. 
4. Townsend CR, Begon M, Harper JL (2006) Essentials of ecology, Ed 3, Blackwell Publishing Limited, pp. 368-369.