생태학: 먹이 그물, 영양 단계 및 에너지 흐름
생산자, 1차 소비자, 2차 소비자, 3차 소비자, 분해자 — 그리고 이들을 잇는 10% 법칙. 먹이 사슬, 먹이 그물, 에너지 피라미드를 한 편의 집중 강의로 확실하게 익혀 두시기 바랍니다.
생물의 다섯 가지 범주 — 이것이 전부입니다
CBE의 생태 문제는 대부분 어떤 유기체가 어느 범주에 속하는지를 판별하는 것으로 귀결됩니다:
다섯 가지 영양 범주
- 생산자 — 식물과 조류. 광합성으로 스스로 양분을 만듭니다.
- 1차 소비자 — 초식동물. 생산자를 먹습니다.
- 2차 소비자 — 육식동물/잡식동물. 1차 소비자를 먹습니다.
- 3차 소비자 — 최상위 포식자. 2차 소비자를 먹습니다.
- 분해자 — 세균과 곰팡이. 죽은 유기체를 분해하여 양분을 토양으로 되돌립니다.
먹이 사슬: 하나의 직선 경로
먹이 사슬은 에너지 흐름의 한 갈래 경로입니다:
풀 → 귀뚜라미 → 개구리 → 뱀 → 매
- 풀 = 생산자
- 귀뚜라미 = 1차 소비자 (풀을 먹음)
- 개구리 = 2차 소비자 (귀뚜라미를 먹음)
- 뱀 = 3차 소비자 (개구리를 먹음)
- 매 = 최상위 포식자 (뱀을 먹음)
먹이 그물: 서로 얽힌 여러 사슬
먹이 그물은 여러 먹이 사슬이 겹쳐 이루어진 네트워크입니다. 한 생물이 여러 포식자에게 잡아먹힐 수 있고, 포식자도 대개 여러 종의 먹이를 먹습니다.
CBE에 자주 나오는 문제: "개구리가 사라지면 어떻게 될까요?" 답을 찾으려면 화살표를 양쪽 방향으로 모두 추적해야 합니다:
- 곤충(개구리의 먹이) — 잡아먹히지 않으니 개체 수가 증가합니다.
- 뱀(개구리의 포식자) — 먹이가 사라지니 개체 수가 감소합니다.
에너지 피라미드와 10% 법칙
한 영양 단계에서 에너지의 약 10%만이 다음 단계로 전달됩니다. 나머지 90%는 열로 손실되거나 대사에 쓰이거나 소화할 수 없는 부분에 남습니다. 그래서 먹이 사슬은 좀처럼 4~5단계를 넘지 않습니다 — 남는 에너지가 부족하기 때문입니다.
간단한 계산
전달 한 번 = ×10% (또는 ÷10). 즉 생산자가 10,000 kcal이라면: - 1차 소비자: 10,000 × 10% = 1,000 kcal
- 2차 소비자: 1,000 × 10% = 100 kcal
- 3차 소비자: 100 × 10% = 10 kcal
공생: 세 가지 관계 유형
- 상리공생 (Mutualism) (+/+) — 두 종 모두 이익을 얻습니다. 벌 + 꽃 (벌은 꿀을, 꽃은 수분을 얻음).
- 편리공생 (Commensalism) (+/0) — 한쪽만 이익을 얻고, 다른 쪽은 영향이 없습니다. 고래에 붙은 따개비.
- 기생 (Parasitism) (+/−) — 한쪽은 이익을 얻고 다른 쪽은 해를 입습니다. 사람 몸의 촌충.
- 포식 (Predation) (+/−) — 포식자가 먹이를 먹습니다. 매 + 쥐.
스스로 점검하기
빠른 점검 #1
먹이 사슬 풀 → 귀뚜라미 → 개구리 → 뱀 → 매에서 3차 소비자는 무엇입니까?
3차 = 세 번째 소비자 단계. 풀은 생산자, 귀뚜라미는 1차, 개구리는 2차, 뱀은 3차입니다. 뱀을 먹는 매는 4차 소비자가 됩니다.
빠른 점검 #2
생태계의 생산자가 50,000 kcal의 에너지를 가진다면, 2차 소비자가 이용할 수 있는 에너지는 대략 얼마입니까?
10% 법칙을 두 번 적용합니다: 생산자(50,000) → 1차(5,000) → 2차(500). 각 전달마다 10%만 남고, 나머지는 열 손실이나 대사로 사용됩니다.