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먹이사슬(한로로)
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교과서에 등장하는 두 예시. 좌측이 먹이 사슬이고, 우측은 먹이 그물이다.
1. 개요
Food chain생태계 내에서 포식자(먹는 쪽)와 피식자(먹히는 쪽)의 관계를 선형으로 나타낸 것으로, 먹이 연쇄라고도 한다.
먹이 사슬(food chain)이 생명체 사이에서 먹고 먹히는 관계를 일차원적으로 나타낸 것이라면 먹이 그물(food web)은 좀 더 다양한 개체들의 복잡한 포식 관계를 나타내는 것이다. 특히 이 둘은 각각 종이컵으로도 만들어 볼 수 있는데 각 종이컵에 생물 이름과 생물 그림을 그리고, 먹고 먹히는 관계에 따라 먹이가 되는 생물컵 위에 잡아먹는 생물컵을 쌓는 방식이다. 완성된 먹이 사슬의 생물들을 보고 먹이 관계들을 그물로 연결하여 이를 그림으로 그리면 된다.
이 단어는 9세기 중반 중동 칼리프 시대 과학자이자 철학자 알자히즈(776 ~ 868, أبو عثمان عمرو بن بحر الكناني البحر الكناني البصري)의 저서 동물의 책( كتاب الحيوان)에서 처음 등장했다. 근거
2. 먹이 사슬의 구성원들
먹이 사슬을 이루는 생물은 크게 두가지 범주로 나뉜다. 생산자와 소비자로 주로 나누는데 생산자는 무기물에서 영양을 합성하는 역할을 하는 개체로 주로 식물[1]이긴 하지만 식충식물처럼 식물이지만 다른 생물로부터 영양을 얻는 경우와 태양충처럼 동물이지만 무기물로부터 영양을 합성하는 등의 경우도 있다. 소비자는 생산자 혹은 소비자에게 영양을 얻어서 살아나가는 개체로 전자를 1차 소비자 후자를 고차 소비자라고 한다.[2] 사람은 고차 소비자 중에서도 최고 정점에 있는 생물이다. 쉽게 말해, 생물 A가 생산자, 생물 B가 1차 소비자라면 A는 B에게 잡아먹히는 생물이 되고 여기서 2차 소비자 C가 나타나면 B는 C에게 잡아먹히며 3차 소비자 D가 나타났다면 C는 D에게 잡아먹히는 생물이 되는 것이다. 이처럼 각 생물이 생태 피라미드에서 차지하고 있는 위치적 단계를 영양 단계라고 한다.'분해자'라는 것도 있는데 죽은 생산자나 소비자의 시체를 이름 그대로 분해해서 다른 생산자에게 전달하는 역할을 한다. 지표면에 번식하는 세균, 진균 및 바이러스가 여기에 속한다.
3. 포식-피식 관계의 복잡성
한 지역 내에서 얼마나 많은 생물종이 살고 있느냐는 생태계가 얼마나 건강한가 하는 질문과 같다고 볼 수 있다. 따라서 생태계가 건강할수록 그곳에 사는 생물종은 다양해지고 포식-피식 관계 역시 점차 복잡해지게 된다. 위의 사진은 상당히 단순한데, 일단 '풀'이라고 뭉뚱그려 놓았지만 호랑이가 살 만큼 큰 구역에서 풀이 한 종류만 자라지는 않으며 수십종의 식물이 함께 살아갈 것이다. 토끼와 사슴이 같은 종류의 풀을 먹지는 않을테 고, 메뚜기 중 활동 시간이 안 맞아서 개구리한테는 먹히지 않고 들쥐한테만 먹히는 종이 있을지도 모른다. 심지어 새끼 때는 피식자였다가 성체가 되면 포식자가 되는 경우도 있다. 따라서 이 모든 것을 고려하다 보면 먹이그물 그림은 점점 더 복잡해지게 된다. 심지어 포식자와 피식자의 관계가 역전되는 사례도 존재하며( 실제 사례)[3] 인간은 신체능력의 진화보다 도구의 존재 및 사용능력을 고도화[4]시켜 이 관계역전의 정점에 올라간 생물이다. 물론 도구가 없는 인간은 먹이사슬 단계가 내려간다.먹이사슬은 이 중 일부를 떼어 표시한 것으로 볼 수 있다. 먹이사슬의 복잡성, 즉 먹이사슬의 단계가 얼마나 길게 진행되느냐는 1차생산을 통해 만들어지는 에너지량, 즉 1차생산량과 먹이사슬이 진행되면서 손실되는 에너지량에 영향을 받는다. 1차생산량이 많으면 많을수록 먹이사슬 단계가 진행되며 손실이 일어나도 더 많은 단계를 수용할 수 있다. 역으로 에너지 손실량이 적으면 1차생산량이 적더라도 더 많은 단계를 수용할 수 있다.
4. 전문적인 분석
전문적으로는 두 종의 개체 수의 관계를 아래와 같은 미분 연립방정식으로 나타낸다. 고안자의 이름을 따서 로트카-볼테라 방정식이라고 한다.[math(\displaystyle \left\{\begin{matrix} {\mathrm{d}x \over \mathrm{d}t} = x(\alpha - \beta y) \\ {\mathrm{d}y \over \mathrm{d}t} = - y (\gamma - \delta x) \end{matrix}\right.)]
여기서 [math(\alpha , \beta , \gamma , \delta)]는 각 동물 사이의 개체수를 나타내는 상수값이며, [math(x)]는 피식자, [math(y)]는 포식자를 나타내는 변수이다.
이를 풀면 다음과 같다. 아래 식에서 [math(\ln)]은 자연로그.
[math(\displaystyle {\mathrm{d}y \over \mathrm{d}x} = -{y \over x}{\delta x - \gamma \over \beta y - \alpha} = \mathrm{d} \ln y (\alpha - \beta y) - \mathrm{d} \ln x (\gamma - \delta x) = -\delta x + \gamma \ln x -\beta y + \alpha \ln y)]
이것을 가지고 그래프를 그리면 아래처럼 나온다.
간단하게 풀어 설명하자면 포식자는 피식자가 너무 적으면 먹을 게 없어 개체수가 줄어들게 되고, 피식자가 많으면 먹을 게 많아서 번성하게 된다. 마찬가지로 피식자는 포식자가 많아지면 너무 많이 잡아먹혀 개체수가 줄고, 포식자가 적으면 잡아먹히는 수가 줄어들어 번성하게 된다. 이렇게 포식자의 개체수와 피식자의 개체수를 서로 상호작용하며, 그래프의 두 선이 서로 반비례하며 상호작용하는 것으로부터 이를 확인할 수 있다.
5. 생물농축
먹이사슬이 진행되는 과정에서 특정 물질[5]을 축적하는 경향성을 띠는데 이를 생물농축(biomagnification; 生 物 濃 縮)이라고 한다. 생물농축을 하는 대표적인 물질로 중금속이 있으며, DDT도 생물농축으로 인한 폐해로 퇴출되었다.먹이사슬상에서 식물류보다는 이들을 섭취하는 동물들, 그리고 동물 중에서도 최상위 포식자 쪽으로 갈수록 농축현상이 급속도로 증가한다. 특히 사람의 체내 중금속 함유량은 독보적인 수준이다.
5.1. 먹이사슬에서 발생하는 중금속 중독
카드뮴( 이타이이타이병)은 농작물의 쌀이나 어패류에서, 수은( 미나마타병)은 해조류나 어패류에서 생물농축의 먹이사슬상에서 발생한다. 어떤 중금속도 극소량의 섭취는 문제를 발생시키지 않으나 생물농축현상을 통해서 먹이사슬 상부에 위치한 생물에게 고농도로 농축되어 문제가 발생한다.6. 관련 문서
[1]
해양에서는
광합성을 하는
플랑크톤 등 원생생물 종류.
[2]
밑의 단계 수에 따라 차수가 늘어난다. 예를 들어 풀이 토끼에게, 토끼가 여우에게, 여우가 매에게 먹힌다고
가정하면, 토끼는 1차 소비자, 여우는 2차 소비자, 매는 3차 소비자다.
[3]
해당 예시는
큰노랑테먼지벌레와
참개구리다. 주의할 점은 이걸 가지고 어린 아프리카코끼리가 사자에게 사냥당하는 것과 같은 사례라고 말하면 안 된다. 엄연히 저쪽은 일반적으로 개구리가 곤충을 잡아먹는 보편적 인식을 역전한 사례이며 큰노랑테먼지벌레의 개구리 사냥 성공률은 90퍼센트가 넘는다는 연구결과가 있는 만큼 저런 예외적인 경우라고 간주하기에는 무리가 크다.
[4]
이를 갖추기 위해 먼저 신체능력의 진화를 준비하였다. 직립보행을 하게 되면서 팔과 손가락(특히
엄지)을 도구 사용에 적합하게 진화시켰으며 이를 가늠하고 사용할 수 있도록 뇌를 대폭 진화시켰다.
[5]
대부분
무극성이다.