생태계#
생태계는 일정한 지역에서 서로 영향을 주고받는 생물들과, 이 생물들을 둘러싼 비생물 환경으로 이루어진 체계이다.
생태계는 크게 생물 요소와 비생물 요소로 이루어진다.
생물 요소와 비생물 요소는 서로 영향을 주고받으며, 이러한 상호작용을 통해 생태계가 유지된다.
생태계의 구성 요소#
생태계의 구성 요소는 크게 생물 요소와 비생물 요소로 나눌 수 있다.
생물 요소#
생물 요소는 생태계를 구성하는 모든 생물을 말한다.
생물 요소는 생태계에서의 역할에 따라 생산자, 소비자, 분해자로 구분된다.
| 구분 | 특징 | 예 |
|---|---|---|
| 생산자 | 무기물로부터 유기물을 스스로 합성하는 생물 | 녹색 식물, 식물성 플랑크톤, 해조류 |
| 소비자 | 다른 생물을 먹어 유기물을 얻는 생물 | 초식동물, 육식동물, 동물성 플랑크톤 |
| 분해자 | 생물의 사체나 배설물에 포함된 유기물을 무기물로 분해하는 생물 | 세균, 버섯, 곰팡이 |
생산자는 주로 광합성을 통해 무기물로부터 유기물을 합성한다.
소비자는 생산자나 다른 소비자를 먹어 유기물을 얻는다.
분해자는 생물의 사체나 배설물을 분해하여 물질을 비생물 환경으로 되돌려 보낸다.
비생물 요소#
비생물 요소는 생물을 둘러싸고 있는 환경 요소이다.
대표적인 비생물 요소에는 빛, 공기, 물, 온도, 토양 등이 있다.
먹이 사슬과 먹이 그물#
생태계에서 생물들은 먹고 먹히는 관계를 맺고 있다.
먹이 사슬은 생물 사이의 먹고 먹히는 관계를 하나의 연결된 흐름으로 나타낸 것이다.
먹이 그물은 여러 먹이 사슬이 복잡하게 얽혀 있는 관계를 나타낸 것이다.
일반적으로 생태계에서는 하나의 먹이 사슬만 존재하는 것이 아니라, 여러 먹이 사슬이 연결된 먹이 그물이 형성된다.
물질 순환#
생태계에서 물질은 생물 요소와 비생물 요소 사이를 순환한다.
생산자는 비생물 환경에서 무기물을 흡수하여 유기물을 만들고, 소비자는 생산자나 다른 소비자를 먹어 유기물을 얻는다.
분해자는 생물의 사체나 배설물을 분해하여 무기물을 비생물 환경으로 되돌려 보낸다.
이처럼 물질은 생태계 안에서 반복적으로 순환한다.
탄소 순환#
탄소는 대기 중의 이산화 탄소, 생물체를 구성하는 유기물, 화석 연료 등 다양한 형태로 존재하며 생태계 안에서 순환한다.
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광합성
생산자는 대기 중의 이산화 탄소를 흡수하여 포도당과 같은 유기물을 합성한다. -
섭식
소비자는 생산자나 다른 소비자를 먹어 유기물을 얻는다. -
호흡
생산자, 소비자, 분해자는 세포 호흡을 통해 유기물을 분해하고, 이 과정에서 이산화 탄소를 대기 중으로 방출한다. -
분해
분해자는 생물의 사체나 배설물에 포함된 유기물을 분해한다. -
연소
석탄, 석유, 천연가스와 같은 화석 연료가 연소되면 이산화 탄소가 대기 중으로 방출된다.
질소 순환#
질소는 단백질과 핵산을 구성하는 중요한 원소이다.
하지만 대부분의 생물은 대기 중의 질소 기체를 직접 이용하기 어렵다.
따라서 질소는 여러 과정을 거쳐 생물이 이용할 수 있는 형태로 전환된다.
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질소 고정 작용
대기 중의 질소 기체가 질소 고정 세균 등에 의해 암모늄 이온과 같이 생물이 이용할 수 있는 형태로 전환되는 과정이다.
뿌리혹박테리아와 같은 질소 고정 세균이 이 과정에 관여한다. -
질산화 작용
암모늄 이온이 질산화 세균에 의해 아질산 이온을 거쳐 질산 이온으로 전환되는 과정이다. -
질소 동화 작용
식물이 암모늄 이온이나 질산 이온을 흡수하여 단백질과 핵산 같은 질소 화합물을 합성하는 과정이다. -
먹이 관계를 통한 이동
소비자는 생산자나 다른 소비자를 먹어 질소 화합물을 얻는다. -
분해 작용
생물의 사체나 배설물에 포함된 질소 화합물은 분해자에 의해 암모늄 이온 등으로 전환된다. -
탈질산화 작용
질산 이온이 탈질산화 세균에 의해 질소 기체로 전환되어 대기 중으로 돌아가는 과정이다.
에너지 흐름#
생태계에서 에너지는 주로 태양의 빛에너지로부터 시작된다.
생산자는 태양의 빛에너지 중 일부를 흡수하여 광합성을 하고, 이를 통해 빛에너지를 유기물 속 화학 에너지로 전환한다.
소비자는 생산자나 다른 소비자를 먹어 유기물에 저장된 화학 에너지를 얻는다.
생산자, 소비자, 분해자는 세포 호흡을 통해 유기물에 저장된 에너지를 생명 활동에 이용하고, 그 과정에서 일부 에너지는 열에너지로 방출된다.
따라서 생태계에서 에너지는 물질처럼 순환하지 않고 한 방향으로 흐른다.
에너지 흐름의 특징#
- 에너지는 한 방향으로 흐른다.
- 상위 영양 단계로 갈수록 전달되는 에너지 총량은 감소한다.
- 각 영양 단계의 생물은 얻은 에너지 중 일부를 생명 활동에 사용하고, 일부는 열에너지로 방출한다.
- 다음 영양 단계로 전달되는 에너지는 이전 영양 단계가 가진 에너지의 일부이다.
에너지 효율#
에너지 효율은 이전 영양 단계가 보유한 에너지 중 다음 영양 단계로 전달되어 저장된 에너지의 비율을 뜻한다.
에너지 효율은 다음과 같이 계산한다.
에너지 효율(%) = 현재 영양 단계가 보유한 에너지 총량 / 이전 영양 단계가 보유한 에너지 총량 × 100
예를 들어 2차 소비자의 에너지 효율은 다음과 같이 계산할 수 있다.
2차 소비자의 에너지 효율(%) = 2차 소비자가 보유한 에너지 총량 / 1차 소비자가 보유한 에너지 총량 × 100
상위 영양 단계로 갈수록 에너지 총량은 감소한다.
다만 에너지 효율은 에너지 총량이 아니라 전달 비율을 의미하므로, 경우에 따라 상위 영양 단계에서 더 높게 나타날 수 있다.
생태 피라미드#
생태 피라미드는 먹이 사슬에서 각 영양 단계에 해당하는 생물의 개체 수, 생체량, 에너지양을 하위 영양 단계부터 상위 영양 단계 순서로 쌓아 올린 형태이다.
생태 피라미드는 나타내는 기준에 따라 개체 수 피라미드, 생체량 피라미드, 에너지 피라미드로 구분된다.
- 개체 수 피라미드: 각 영양 단계의 개체 수를 나타낸 것
- 생체량 피라미드: 각 영양 단계의 생물량을 나타낸 것
- 에너지 피라미드: 각 영양 단계가 보유한 에너지양을 나타낸 것
일반적으로 상위 영양 단계로 갈수록 개체 수, 생체량, 에너지양은 감소하는 경향이 있다.
정리#
생태계는 생물 요소와 비생물 요소의 상호작용으로 유지된다.
물질은 생산자, 소비자, 분해자와 비생물 환경 사이를 순환한다.
대표적인 물질 순환에는 탄소 순환과 질소 순환이 있다.
반면 에너지는 태양에서 시작해 생산자, 소비자, 분해자로 이동한 뒤 열에너지로 방출되므로 한 방향으로 흐른다.
따라서 생태계에서는 물질은 순환하고, 에너지는 한 방향으로 흐른다.