생태계의 평형(2-1)

◎ 생태계의 평형

▶ 물질의 생산

생태계에서 물질을 생산할 수 있는 생물은 생산자인 녹색 식물뿐입니다. 녹색 식물은 광합성을 통해 유기물을 합성하며 이 유기물 중 일부는 호흡으로 소비하게 됩니다. 이렇게 생산자가 생산한 유기물의 총량을 총생산량이라고 합니다. 여기에서 식물이 호흡으로 이용하는 유기물을 제외한 나머지 유기물의 양은 순생산량이 됩니다.

하지만 순생산량이 모두 식물의 생장에 이용되는 것은 아닙니다. 일부는 말라죽기도 하고, 가을이 되면 낙엽으로 덜어져 버리기도 합니다. 또 소비자에게 먹혀 버리는 경우도 있습니다. 그래서 실제로 생산자의 생장에 쓰이는 유기물의 양은 순생산량에서 고사량(죽은 양)과 피식량(잡아먹힌 양)을 뺀 나머지가 됩니다. 이것을 생산자가 자신의 생장을 위해 쓰는 유기물의 양이라고 해서 생장량이라고 합니다.

 

▶ 물질의 순환

►탄소의 순환

탄소는 대기 중에 기체 상태로 존재합니다. 그런데 탄소 혼자 있는 것이 아니라 산소와 한 몸을 이루어 CO2 상태로 살아갑니다. 즉, 대기 중에 있는 이산화탄소가 생태계 내에 있는 탄소의 근원이 되는 것입니다. 이산화탄소는 생산자의 광합성 과정으로 인해 생태계 내로 들어오게 되었습니다. 광합성을 할 때 대기 중에 있던 CO2가 기공을 통해 엽록체로 들어갑니다. 엽록체에서는 CO2를 포도당이라는 커다란 몸집으로 바꾸어줍니다. 포도당은 또다시 서로 결합하여 탄수화물을 만들고 생산자는 만들어진 탄수화물을 저장하여 에너지원으로 이용합니다. CO2에서 산소와 결합되어 있던 탄소는 탄수화물로 옮겨지면서 식물이라는 유기물 속으로 이동합니다.

1차 소비자는 탄소가 만들어낸 탄수화물 덩어리인 식물을 먹어 치웁니다. 식물은 1차 소비자의 장 속에서 분해되어 미토콘드리아에서 에너지(ATP)를 만들어내는 데 이용됩니다. 이때 탄수화물에 있던 탄소는 다시 CO2의 형태로 나타납니다. 이렇게 만들어진 CO2는 호흡을 통해 다시 대기 중으로 배출되고 일부 탄소들은 1차 소비자의 탄탄한 몸을 만드는 데 사용됩니다. 만일 2차 소비자가 1차 소비자를 잡아먹는다면 1차 소비자의 몸속에 있던 탄소는 2차 소비자로 이동하여 똑같은 역할을 하게 됩니다.

이렇게 먹고 먹히는 과정 속에서 탄소의 유기물 속 생활은 소비자가 죽으면서 끝나버립니다. 소비자가 죽으면 분해자들이 달려들어서 사체를 분해하기 시작합니다. 이 과정에서 사체 속에 숨어 있던 탄소가 다시 CO2의 형태로 발생합니다. 이렇게 사체 분해는 끝나고 대기 중으로 쫓겨난 CO2 형태의 탄소는 대기 중을 떠돌다가 또 다시 식물의 기공을 통해 유기물 속으로 들어갈 수 있습니다. 한편, 사체가 완전하게 분해되지 않은 경우 유기물이 땅 속에 묻히면서 고온, 고압에 의해 화석 연료로 바뀌게 되기도 합니다. 그리고 이 화석 연료를 사용하면 역시 CO2가 대기 중으로 방출됩니다.

 

► 질소의 순환

탄소와 함께 생태계에서 매우 중요한 무기물의 하나가 바로 질소입니다. 생물체를 이루는 단백질과 DNA는 모두 질소로 이루어져 있습니다. 따라서 질소의 공급은 매우 중요합니다. 질소는 대기 중에 가장 많이 분포하는 기체이기 때문에 쉽게 흡수될 것이라고 생각할 수 있지만 그렇지 않습니다. 탄소는 식물의 기공을 통해 들어갔지만 질소는 식물의 뿌리를 통해 들어갑니다.

콩과 식물의 뿌리를 보면 다른 식물들과 달리 동글동글한 혹이 달려 있습니다. 이 뿌리혹은 콩과 식물에 기생하는 뿌리흑박테리아가 만든 것입니다. 뿌리혹박테리아는 공기 중의 질소를 잡아서 식물이 이용할 수 있는 암모늄 이온(NH4-)으로 바꿔줍니다. 또 공기 중의 질소가 공중 방전에 의해 산소와 결합하여 산화 질소가 되기도 하는데, 이는 물에 녹아 질산 이온(NO3-) 형태로 토양에 유입되기도 합니다. 생산자는 이러한 이온들을 흡수해서 단백질을 만들고 DNA를 만들어내는 데 이용합니다. 생산자의 질소는 소비자가 식물을 먹음으로써 먹이 사슬을 통해 이동합니다. 이렇게 해서 만들어진 질소 화합물들은 이제 배설되거나 미생물에 의해 분해되어 암모니아 가스(NH3) 또는 질소 가스로 대기 중에 방출됩니다.

 

► 그 밖의 물질들(산소, 물, 인 등)의 순환

생태계에서 탄소와 질소 외에도 순환하는 것으로는 산소, 물, 인 등이 있습니다. 산소는 호흡을 통해 생물체 내부로 들어가고 생산자의 광합성을 통해 배출됩니다. 물이 순환하는 기본적인 힘은 태양 에너지입니다. 비를 통해 내려왔다가 식물에 의한 증산, 증발 등을 통해 순환하고 있습니다. 세계 환경 단체가 열대 우림 파괴에 대해 반발하고 있는 이유는 열대 우림에서 식물의 증산 작용에 의해 발생하는 수분이 지구 대기 수분의 대부분을 차지하고 있기 때문입니다. 물론 여러 가지 이유가 있겠지만 이것 하나만으로도 열대 우림을 보호해야 한다는 논리가 성립됩니다. 인은 다른 기체들과 달리 암석권을 통해 순환합니다. 암석에 저장되어 있기도 하고, 식물을 통해 흡수되기도 합니다. 식물에 흡수된 인은 먹이 그물을 따라 소비자로 이동하면서 순환합니다.