비생물적 환경 요인과 생물(3-2)

◎ 비생물적 환경 요인과 생물

▶ 온도와 생물

거의 모든 생물의 물질대사는 효소에 의해 조절됩니다. 효소는 단백질로 이루어져 있으며, 단백질은 온도에 매우 민감하게 반응합니다. 적정 온도 이상으로 온도가 높아지면 단백질 구조에 변성이 일어나면서 그 역할도 바뀌게 됩니다. 반면 온도가 너무 낮으면 단백질의 활성 또한 떨어지게 됩니다. 대부분 효소들의 최적 온도는 15~35℃입니다. 이 온도 범위가 아닌 지역에 사는 생물들은 다 자기 나름대로의 적응 양식을 가지고 있습니다.

 

► 동물의 적응 양식

북극곰은 온대 지방의 곰에 비해 덩치가 큽니다. 이렇게 극지방에 사는 동물들은 두꺼운 피하 지방층을 가지고 있어서 열 손실을 줄일 수 있습니다. 아예 굴을 파고 겨울 내내 잠을 자는 동물들이 있는가 하면, 추운 날씨를 위해 따뜻한 남쪽으로 날아가는 새들도 있습니다. 또 극지방에 사는 생물들은 몸집을 크게 하여 체내의 열의 손실을 방지하고(베르그만의 법칙), 몸의 말단부는 작게 하여 외부로 방출되는 열의 양을 줄이기도 합니다(알렌의 법칙). 일부 동물들은 계절에 따라 몸의 크기와 색깔을 바꾸는 계절형을 나타내기도 합니다. 이러한 계절형은 온도 변화에 의해 나타나는 현상입니다. 호랑나비는 여름형이 봄형보다 크고 색깔도 진하며, 물벼룩은 여름형이 겨울형에 비해 몸집이 큽니다.

 

► 식물의 적응 양식

식물의 잎은 광합성을 좀더 효율적으로 하기 위해 표면적을 넓게 하는 구조를 가지고 있으나, 넓은 표면적으로 인해 수분과 열의 손실을 초래할 수 있습니다. 따라서 다년생 식물들은 날씨가 추워지면 잎을 떨어뜨려서 열 손실을 막고 삼투압을 높여 뿌리가 얼지 않도록 하기도 합니다. 이에 비해 일년생 식물들은 저온을 견디지 못하고 죽어버립니다. 하지만 씨앗은 딱딱한 껍질로 싸여 있고 수분을 거의 포함하고 있지 않기 때문에 저온에서도 얼지 않고 이듬해에 싹을 틔울 준비를 합니다.

이렇게 온도에 따른 식물의 적응 양식을 인공적으로 이용할 수도 있습니다. 가을보리는 싹이 튼 후 일정한 시간 동안 낮은 온도 상태를 유지해야 꽃이 핍니다. 그래서 보리는 가을에 파종을 하는데 굳이 봄에 파종을 하고 싶다면 파종을 하고 나서 저온 처리를 해주어야 합니다. 이것을 춘화 처리라고 합니다. 춘화 처리를 하지 않고 봄에 보리를 파종하면 이듬해 여름이 되어야 수확할 수 있습니다. 하지만 춘화 처리를 하면 봄에 파종하여 그 해 가을에 수확하게 됩니다.

또 온도가 식물에 미치는 영향을 고려하여 라운키에르(Christen Raunkiaer)는 식물의 생활형을 구분했습니다. 서로 다른 종이라 하더라도 비슷한 환경에서 서식하게 되면 유사한 생활 형태를 갖게 되는데, 이러한 생활 형태를 생활형이라고 합니다. 라운키에르는 겨울눈의 위치에 따라 생활형을 구분했습니다. 식물의 겨울눈은 일종의 방어 체계로서 춥거나 건조하여 생육이 부적합한 환경에서 종족을 보존하기 위해 만들어냅니다. 이런 겨울눈의 위치는 식물이 서식하는 기후에 따라서 달라지는데 이는 곧 기후에 대한 식물의 적응을 드러내는 특징이라 할 수 있습니다.

 

▶ 물과 생물

우리 몸은 약 70%가 물로 이루어져 있습니다. 생물의 몸은 하나의 화학 공장으로 엄청나게 복잡하고 많은 화학 반응들이 끊임없이 일어나고 있습니다. 이러한 반응이 일어날 수 있는 이유는 물이 반응의 매개체가 되기 때문입니다. 물은 다른 물질에 비해 비열이 크기 때문에 급격한 온도 변화를 막아줍니다. 그리고 물이 많이 빠져 나가면 생물의 목숨이 위험해질 수 있습니다. 그래서 사람과 같은 육상 생물들은 물을 항상 접하고 살지 않기 때문에 물이 필요 이상으로 빠져 나가는 것을 막기 위한 구조가 매우 잘 발달되어 있습니다.

식물에는 선인장과 같이 사막에서 사는 종류가 있는가 하면, 부레옥잠처럼 물속에서 사는 종류도 있습니다. 이들은 서로 다른 환경에서 사는 만큼 자신의 환경에 적응하기 위한 특별한 조직을 가지고 있습니다. 먼저 선인장은 잎을 가시로 바꿔서 표면적을 줄여 수분 증발을 막고 있습니다. 그리고 뿌리는 일단 흡수한 물을 오랫동안 저장할 수 있는 저수 조직을 가지고 있습니다.

반면 물 속에서 사는 식물들은 물의 공급은 잘 되는 반면, 공기의 이동이 적어서 생존이 어려울 수 있습니다. 그래서 물을 저장하는 저수 조직보다는 공기의 이동을 원활하게 해주는 통기 조직이 발달되어 있습니다.

육상 동물도 육상 식물처럼 수분 증발을 막기 위한 조직이 잘 발달되어 있습니다. 사람의 피부, 곤충의 키틴질, 딱딱한 알 껍질 등은 모두 수분의 증발을 막을 수 있는 구조에 속합니다. 이렇게 신체의 특수한 구조를 이용해 수분이 빠져나가는 것을 막을 수도 있지만, 사막의 캥거루쥐처럼 배설량을 줄이거나 배설물의 수분 함량을 줄여서 수분 손실을 방지하기도 합니다.

수분 환경에 따라 생물의 배설의 형태가 달라지는 것도 큰 특징입니다. 수분이 많은 환경에 사는 생물들은 약간의 독성이 있는 암모니아 형태로 배설을 해도 물속에서 빨리 섞이기 때문에 피해가 없습니다. 하지만 건조한 환경에 사는 육상 동물들은 수분이 가까이 있지 않기 때문에 암모니아 형태로 배설을 할 수 없습니다. 배설된 암모니아가 육상 동물에게 직접적인 피해를 줄 수도 있기 때문입니다. 대신 육상 동물에게 독성이 적은 요소가 요산 형태의 질소성 노폐물을 배설합니다.