환경생태학 중간고사 족보 및 수업 내용 정리1장 서론 1생태학이란?: 생물이 자연계 내에서 자연계와 어떻게 상호 작용하는지를 연구하는 과학Haeckel(1869, 독일); Greek-oikos(house or habitat) + logos(science)生態學(1895): Warming의 Biology of Plant를 三好學이 生態學이라고 번역→ 살아있는 것들에 관한 모양Tansley(1923): Ecosystem(생태계)이란 용어를 최초로 씀Clements(1924): 천이(Succession)의 개념 도입Q. 생태학(식물, 동물)이 학문으로 성립되는 과정과 발전에 대해서 설명하시오.생태학은 Tansley가 생태계(Ecosystem)라는 용어를 최초로 사용하고, Clements가 천이(succession) 개념을 도입하면서 발전하기 시작했다. 이후 헤겔이 okios(house or habitat)와 logos(science)을 합하여 생태학이라는 용어를 최초로 사용하기 시작하였다. 헤겔은 생태학을 ‘자연의 경제’를 연구하는 학문이라고 표현했으며, 직접 혹은 간접으로 접하고 있는 동물과 식물 간의 상호작용을 유리한 혹은 불리한 모든 관계가 포함된다고 바라보았다. 생태학이란 단어는 1800년대 후반에 통용되었고, 생태학을 발전시킨 최초의 학회나 학술지는 1910년대에 출현하였으며, 그 이후 생태학은 크게 발전하였고 다양화되었다. 현대까지 생태학은 우리 주변 세계에 대한 많은 지식을 축적해왔으며, 인류가 적절한 삶의 질을 유지하는 데 필요한 생물자원을 관리하기 위해서는 생태학의 원리를 현명하게 적용해야 한다.1. 생태 시스템은 개개의 생물처럼 작을 수도 있고 생물권처럼 클 수도 있다.생태 시스템(ecological system)하나의 미생물로부터 지표면의 전 생물권을 망라하는 것까지 규모에 있어 매우 다양하지만 모두 유사한 몇 가지 원리에 의해 작동되고 있으며, 각각의 부분이 서로 규칙적으로 상호작용하며 상호의존하고 있다.생물권은 서로 연결되어 있다. → 공기,은 현상을 설명하시오.상선약수는 노자의 도덕경에 나오는 말로, ‘물과 같이 하는 것은 가장 가치 있는 것이다.’라는 의미이다. 물은 생명의 근원으로 생물을 생존케 하는 많은 특성을 지니므로 생태계에서 가장 중요한 것이다.첫째, 물은 열역학적인 성질을 가진다. 물은 온도 변화에 대한 내성이 커서 고체, 액체 및 기체 상호 간 변화하는 데 있어 저항력이 매우 크다. 이로 인해 생물이 겨울에 얼지 않고 생명을 유지하는 데 기여한다. 또한, 물은 4℃일 때 밀도가 가장 높아 물이 얼면 부피가 팽창하고 밀도가 감소하여 결과적으로 얼음은 수면 위로 뜨게 된다. 이로 인해 물은 호수 또는 해양의 밑바닥이 어는 것을 방지하고, 수중 식물이나 동물이 물이 어는 겨울에 생존할 수 있도록 한다.둘째, 물은 여러 가지 물질을 용해 시키는 기능이 매우 뛰어나 체내에서 새로운 물질을 만드는 반응을 가능하게 하고, 이들을 이동시킨다. 물 분자는 염화나트륨과 같은 전기적 전하를 띠는 고형물질에 강하게 흡착하는 강력한 용매이기에 강, 호수와 바다에서 많은 미네랄을 용해시킬 수 있다. 따라서 물은 동식물이게 이러한 영양염을 제공하고, 체내에서 새로운 물질을 합성하는 데 이용할 수 있도록 하여 생명현상 유지에 기여한다. 또한, 용액 내 많은 용존성 물질을 가지고 있다는 물의 특성으로 인해 생명체 내에서 삼투현상이 발생할 수 있다. 삼투현상에 의해 발생하는 삼투압은 토양 수분을 식물 뿌리 세포로 이동시키는 역할을 함으로써 식물의 뿌리에서 잎까지 물을 이동하게 하고, 동물의 노폐물을 체외로 배출할 수 있게 하는 등 생명체 내에서의 물질 이동에 관여한다.이렇듯 물은 생명현상의 근원으로서 작용하고, 생물을 생존케 하기에 가장 가치 있는 것이다.응집력-장력 이론응집력-장력 이론물이 식물 줄기의 물관을 따라 중력을 거슬러 위로 이동할 때 관찰할 수 있는 물 분자 간의 인력을 설명하는 이론이다.물 분자는 수소결합을 하는 특성으로 인하여 서로 간에 응집력과 물 분자와 세포벽 사이에 부착력을 형성하며, 이들은적도 태평양 중부를 비롯한 지역에는 고기압, 가뭄, 산불이 발생하면서 해수면의 높이가 낮아진다.4. 지형은 지역적인 기후 변화를 일으킨다.기후변화 추정 방법1. 유공충을 통한 추정 방법: 유공충은 산소를 탄산염의 형태로 합성하여 껍질 속에 남겨놓기 때문에 산소를 기록해 놓을 수 있다. 생물권에서 대부분 산소는 원자량이 16이고, 비교하는데 이용되는 형태는 원자량이 18인 동위원소이다. 산소-18은 희박하여 생물권 전체 산소의 0.2% 정도이나 무거운 산소-18은 가벼운 산소-16보다 탄산칼슘 껍질로 합성하는 데 덜 이용된다. 이때 대기와 생명체 내 산소-18의 농도 비율의 차이를 이용하면, 유공충의 껍질에 있는 산소-18의 비율은 해수에 녹아 있는 산소-18의 비율보다 낮기에delta ^{18} O값은 항상 음수이다. 따라서 껍질에 산소-18의 농도가 높아지면 기온이 높았다는 것을 의미한다.2. 화분 자료를 통한 추정 방법: 유공충을 통한 추정보다 더 정확한 추정 방법이다.지각변동이 없는 호수 같은 장소(호수는 별로 안 깊어도 되나 지층 변화가 없다는 가정이 있어야 함)에서 퇴적물을 가져와서 화분(수종마다 독특한 모양을 가지고 있음)을 연대별로 보면 기후변화를 추정할 수 있다. 또한, 화분은 퇴적물 내에서 잘 썩지 않아 관찰이 용이하다.- 지표면 바람과 비그늘비그늘(rain shadow)반대 사면에서 건조한 기단이 하강하고 저지대를 통과하면서 습기를 흡수하여 만들어진 건조한 환경이다.ex. 태백산맥서해안에서 오는 습기를 많이 함유한 기단이 태백산맥을 올라오면서 굴절되고 냉각 응결하여 서사면에 많은 비를 내린다. 이후, 기단은 태백산맥을 빠르게 내려가면서 동해안을 건조지역으로 만든다.5. 기후와 모암은 상호작용하여 토양을 다양하게 만든다.주요 토양층의 특성O층(유기물층)- 기본적으로 사체와 유기물로 구성되어 있으며 대부분의 토양 동물이 여기에서 산다.- O층은 공급원인 식물 사체의 분해 정도에 따라 L, F, H층으로 세분한다.- 송충이 방제 역할을 한다.A층부요인들에 반응하는 유전적 변화를 보여준다.→ 환경이 중요하다.→ 환경은 개체 및 군집의 특징을 변화시키는 요인이 된다.→ 생물체들은 환경에 적응해가면서 여러 반응을 보인다.→ 개체군이 선호하는 환경이 있다.7장 생활사와 진화적 적응도묘서동처고양이와 쥐가 함께 산다는 뜻으로, 적대관계에 있는 쌍방이 오히려 사이좋게 잘 지내는 것을 의미한다.동물들의 생존 방식1. 나비: 알만 낳고 사라진다.2. 늑대거미: 알집을 만들어서 이동한다.3. 영남거미: 나뭇잎을 말아서 알을 보호한다. 먹이를 주기 곤란하므로 자신의 몸을 먹이로 준다.4. 노린재: 알이 깬 다음에도 새끼를 보호한다.5. 집게벌레, 딱정벌레: 알을 닦아서 곰팡이 피지 않게 한다.6. 사마귀: 이상물체가 접근하면 난리가 난다.7. 말똥구리: 초식동물의 배설물에 알을 낳는다.8. 송장벌레: 죽은 동물의 몸에 알을 낳는다.9. 갑옷바퀴: 흰개미처럼 리그닌을 분해하는 효소를 가지고 있어서 나무를 새끼들에게 나누어준다.10. 바퀴벌레: 꽁지에 알을 달고 다닌다.11. 물자라: 수컷이 새끼를 키운다.12. 물고기: 체외 수정을 하는 경우가 많아서 수컷이 주로 알을 키운다.13. 해마: 암컷이 난자를 수컷 주머니에 넣으면, 수컷이 배에 넣고 다니면서 새끼를 낳는다.14. 시클리드: 알을 입속에 넣고 키운다.15. 진딧물: 그냥 새끼를 낳는다.16. 개구리나 두꺼비중 일부: 알을 등에 업고 다닌다.17. 조류: 새끼를 위해서 먹이를 토해낸다.18. 타조: 암컷이 싸움을 해서 다른 알을 확보한다. - 자기 알을 위한 방패19. 어치새: 대가족 제도20. 기생말벌: 먹이를 마비만 시켜서 새끼가 산 먹이를 먹을 수 있도록 한다.1. 생활사는 느림-빠름의 연속성과 같이 다양하다.천이 초기 식물- 종자를 가볍게 다량으로 생산하는 생존 전략을 가진다.- 양지 선호- 번식이 빠르다.- 종자의 크기가 대개 작다.- 발아율이 높은 수종이다. (ex. 포풀러, 오동나무, 자작나무, 거제수나무)- 종자에 대개 날개가 달린다.- 생장 속도가 터 무성생식으로 물려받은 같은 유전자형을 가진 개체이다.단위생식암컷 배우자가 수컷 배우자와 수정하지 아니하고 새로운 개체를 만드는 생식 방법이다.자웅동주암꽃과 수꽃이 한 그루에 피는 것이다.자웅이주암꽃과 수꽃이 각각 다른 그루에 있어서 식물체의 암수가 구별된다.붉은 여왕의 가설: 경쟁과 생존: 적당히 달려서는 현상 유지만 할 뿐 앞으로 나아갈 수는 없으며, 도태되고 멸종되지 않기 위해서는 끊임없이 진화해야 한다.- ex. 병원균(기생충 포함)은 유성생식이나 돌연변이를 선호한다.- ex. 숙주가 기생충에 이기려면 다양한 유성생식을 통한 다양한 유전적 조합을 만들어야 한다.- ex. 식물 잎의 Mosaic development → 자신이 받은 피해를 최소화할 수 있도록검은 여왕 가설: 협동과 공생(미생물의 경우): 붉은 여왕 가설이 아닌 생명체 진화 과정에서 경쟁보다는 협동의 역할을 강조하는 가설이다. (카드 게임에서 유래)서로 다른 여러 미생물이 어우러진 공동체를 살펴보면 세균을 비롯한 미생물 대부분이 호혜적 상호작용을 통한 안정성과 생산성을 확보하여 군집을 번성케 하고 있음을 논하고 있으며, 그 예시로는 다른 미생물이 만든 heme을 바탕으로 생명현상을 유지하고 있는 사례가 있다. 결국 현재 우리가 아는 한 지구는 다양한 생물이 어우러져 사는 유일한 행성인데, 그 생물 다양성이야말로 공생의 시너지 효과이며 그러므로 공생은 생명체들의 오래된 미래이다.성비의 진화* 환경적인 변화는 1:1의 성비를 바꾼다.교배체계일부일처한 암컷과 한 수컷의 결합으로 형성되는 것이다. (ex. 대다수의 조류)복혼하나의 성을 가진 개체가 오랜 기간 다른 성의 여러 개체들과 관계를 맺는 교배체제이다. (ex. 흰꼬리사슴)일부다처한 수컷이 한 개체 이상의 암컷과 짝짓기를 하는 것이다. (ex. 사슴, 말, 박쥐의 일부, 양서류)일처다부한 한 암컷이 한 개체 이상의 수컷을 가지는 아주 드문 경우이다. (ex. 아프리카 자카나)암컷은 자원에 근거해서 배우자를 선택한다.1. 수컷의 건강과 자질
서울시립대 환경생태학 족보 및 수업내용 정리본(기말 범위)14장 종간 상호작용거안사위편안하게 지낼 때도 위기를 항상 생각하며 대비하라는 뜻이다.Q. 종과 종간의 상호작용(공생, 기생, 포식, 경쟁 등)을 각 설명하세오.소비자-자원 상호작용소비자는 개인적으로 이익을 보게 되어 그들의 수가 증가하는 반면, 자원 개체군은 감소하게 된다.따라서 에너지와 영양소는 먹이그물을 통해 상위로 이동되고, 개체군들은 아래에서는 자원에 의하여 위로부터는 소비자들에 의하여 조절된다.소비자-자원 상호작용은 종간 가장 기본적인 생태학적 관계를 이루나 이 상호작용은 두 가지 상호작용인 경쟁과 공생에 대한 기본이 된다.포식생물 간의 상호작용 중의 하나로 살아있는 다른 생물체를 잡아먹는 것을 의미하며, 포식을 하는 생물을 포식자, 먹이가 의 밀도와 상관없이 어떤 시간 간격 동안 일정하게 죽는다.그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00001ec80b87.bmp원본 그림의 크기: 가로 857pixel, 세로 853pixel이와 같은 그래프에서 피식자 개체군의 상승은 포식의 증가를 이끌고, 포식자 수의 증가는 피식자 개체군의 감소를 일으킨다. 피식자 개체군이 줄어들수록 점점 더 적은 수의 포식자를 부양하고, 포식자가 줄어들수록 피식자 개체군은 다시 증가하기 시작한다.로트카-볼테라 모형을 생태계에서 볼 수 있는 예에는 대장균과 T4 파지가 있다. 대장균과 그 포식자인 T4 파지가 들어있는 연속배양장치에서 대장균의 먹이인 포도당의 공급을 더 높이면, 파지의 개체군 크기는 증가하지만 대장균은 증가하지 않았다. 포도당을 더 빨리 공급하면 대장균 개체군의 증가율을 높임으로써 파지가 먹어 치우기 전에 더 높은 밀도에 도달하게 되어 개체군 변동의 진폭 또한 증가되었다. 스라소니와 눈신토끼 역시 로트카-볼테라 모형을 나타낸다. 스라소니 개체군은 눈신토끼 개체군의 밀도 변화에 반응하여 로트카-볼테라 모형에 의해 예측된 바대로 시계 반대 방향의 공동개체군 궤적을 나타낸다.로트카-볼테라 모형을 현실적으로 하기 위하여 세 가지 형태의 함수 반응이 적용되었으며, 로트카-볼테라 모형은 이 중 가장 비현실적인 반응을 가정한다. 포식자는 피식자의 밀도가 늘어남에 따라 세 가지 형태의 함수 반응을 보일 수 있다.그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00001ec80001.bmp원본 그림의 크기: 가로 875pixel, 세로 706pixel위과 같은 그래프에서 Ⅰ형 함수 반응은 포식자의 수가 소비된 피식자의 수에 비례한다. 그러나 실제로 포식자는 포만 상태가 되어 후로는 먹이를 소화하고 동화시키는 속도가 떨어지게 되고, 포식자가 피식자를 더 많이 잡을수록 피식자를 취급하고 먹는 시간이 늘어나 먹이를 잡을 시간을 줄이게 되어 피식자를 포획하는 속도는 줄어들게 되고 포화 수준에 이르게 된다. 이러한 Ⅰ형 함수 반응을 수정한 것이 Ⅱ형 mmunity)몇몇 종의 분포가 밀접하게 동시에 출현하지만 크게 보아 다른 종들의 세트와 구분되는 개념으로 불연속적 경계를 갖는 구분된 생태 단위가 됨생태전이대(ecotone)공간기울기와 생태기울기에 따라 종이 매우 많이 교체되는 지역열린 군집(open community)각 종의 분포가 다른 종의 분포와 밀접하게 일치하지 않지만 각 종들이 공간기울기나 생태기울기를 따라서 독립 분포하는 것종풍부도(species richness)가장 단순하고 명확한 군집 구조의 측정 방법 중 하나로 군집 내의 종 수를 세어 추정할 수 있음→ 종풍부도의 증가는 먹이망의 복잡성 증가와 관계가 있음길드(guild)비슷한 자원을 먹는 종의 그룹 혹은 비슷한 생활방식을 갖는 종 → 길드가 다양한 곳에 식물의 생물량이 많다.뜯어먹는 무리(shredder)걸러 먹는 무리(filterer)주워 먹는 무리(collector)긁어먹는 무리(grazer, scraper)핵심소비자(keystone consumer)군집의 어떤 형태나 모양 등종이 제거되면 군집의 구조가 심하게 훼손되는 것이다.핵심소비자가 빠진다고 생태계가 없어지거나 사라지는 것이 아니나 핵심소비자는 종다양성을 조절하는 영향력을 가진다.ex. 8년간 살충제로 잎벌레풍뎅이 개체군이 사라지고 오른쪽에 미역취가 우점하게 되었다.핵심종(keystone species)생태계에 존재하는 종 가운데 한 종의 존재가 생태계 내 다른 종 다양성 유지에 결정적인 역할을 하는 종핵심종은 비교적 적은 개체수가 존재하면서도 생태계에 큰 영향을 미치는 생물종이며 생태계 내 다른 많은 종의 종류와 개체수를 결정함연결계수(계산 문제가 나옴)C=L[S(S-1)/2]C: Index of connectanceL: Number of links in the food webS: Number of species in the food web그림입니다.원본 그림의 이름: CLP00001ec80003.bmp원본 그림의 크기: 가로 1084pixel, 세로 526pixel연결된 정도:는 서식지가 이전 해에 사라지기 전에 남겨진 동물, 식물 및 미생물의 휴면기로부터 다시 보충되고 천이 시작 과정이 다시 반복된다.순환극상(cyclic climax)일부 지역이 어떤 스트레스나 환경조건에 의해 새로운 커뮤니티가 형성되는 것을 반복해서 이루어지는 것→ 상대적으로 긴 시간 동안 일어나는 변화ex. A식물종은 B종 아래에서만, B종은 C종 아래에서만, 그리고 C종은 A종 아래에서만 발아할 수 있다고 가정하였을 때 A, C, B, A, C, B, A, ...의 순서로 우점종을 바꾸는 규칙적인 순환을 만들고, 각 단계의 지속시간은 우점종의 수명에 의해 결정된다.→ 순환극상은 종종 혹독한 환경에 노출된 토대에 있는 한 단계에서 일어나며, 많은 순환은 바람이나 서릿발작용과 같이 혹독한 조건에 의해 유도됨Q. 생태계에서 나타나는 극상에 대해서 설명하시오.생태계는 지속적으로 변한다. 생물 군집이 환경변화, 영양분의 변화, 경쟁 등 다양한 생태적 원인에 의해 시간이 지나며 군집의 구성원이 변화하는 과정을 천이라고 한다. 환경이 안정적이고 변화가 없으면 안정적인 군집이 유지되나 시간이 지나면서 변화하는 환경에 더 잘 적응하는 군집의 개체가 늘어난다. 반면 경쟁에서 뒤처진 군집의 수는 줄어들거나 사멸하는 등 다양한 생태적 원인에 의해 천이가 일어난다.1차 천이는 이전에 생물이 없던 지역에서 천이가 이루어지는 것이고, 2차 천이는 교란이 일어난 후 군집의 재생산이다. 2차 천이는 식물군락의 일부가 남아있는 점, 토양이 이미 형성되고 질소, 인 등의 영양염이 토양에 존재하는 점에서 1차 천이와 확연히 구분된다. 1차 천이와 2차 천이를 포함하여 식물 천이의 최종단계는 극상군집이다.극상군집의 종 조성은 토양의 양분, 수분 등 다양한 요인의 의해 결정된다. 이러한 요인 가운데 극단적인 환경조건은 극상군집에 더욱 큰 영향을 끼치게 된다. 예를 들어 불이 많은 극상군집에서는 불에 대한 저항력이 큰 종이 선호되고, 그렇지 않은 종은 배제된다. 이러한 극단적인 환경조건의 예시로 산종의 지역적 풀을 반영한다.* 프랑스령 기아나와 상아 해안과 같이 본래 같은 지역이었으나 시간의 흐름에 따라 지역적으로 멀어진 경우에는 거리가 멈에도 생물 종이 비슷할 것이다.22장 생태계 내 에너지* 1차 생산은 식물, 조류, 일부 박테리아가 광합성을 통해 빛에너지를 붙잡아 탄수화물의 화합결합 속의 에너지로 전환하는 과정이다. 총1차 생산은 광합성에 의해 동화된 총에너지이다. 순1차 생산은 광합성 생물의 생물량으로 축적된 에너지이고 총1차 생산에서 호흡량을 뺀 것이다.* 빛 조건과 암 조건에서 이산화탄소 흐름의 측정은 총1차 생산을 추정할 수 있게 함*미국 미네소타 주의 시다보그 호수는 수생태계의 에너지 흐름에 대한 중요한 연구가 이루어진 장소임→ 생태계 밖에서 들어온 유기물: allochthonous→ 광합성으로 만들어진 생태계 내의 산물: autochthonous수분이용효율(water efficiency)1kg의 수분이 증산되면서 생산되는 건중량 그램 수(순생산)영양소이용효율(nutrient use efficiency, NUE)특정 영양 원소의 동화에 대한 건중량 생산의 비율(g/g)높은 영양소 이용 효율은 두 가지 요인에 기인한다.영양소의 이용효율이 더 높은 숲의 나무는 동화된 영양소 당 많은 에너지 동화할 수 있다.낙엽 전 줄기로 영양소를 회수하여 영양소 보유를 늘릴 수 있다.Energy flow(에너지 흐름)→ 용어가 중요하다고 언급하심생태효율(ecological efficiency)다른 영양단계로 올라갈 때 전이되는 에너지의 백분율동화효율(assimilation efficiency, A/I)섭취된 에너지에 대한 동화된 에너지의 비율소비효율I수식입니다.{}_{a}/P수식입니다.{}_{a-1}영양효율소비량에 대한 동화량의 비(TE)=P수식입니다.{}_{a}/P수식입니다.{}_{a-1}생산효율소비자가 동화한 에너지를 2차 생산에 통합하는 효율순생산효율(net production efficiency)전체 에너지에서 생장과 번식으로 넘어가는 비율체류시간(r른다.