생태계 구성 요소

북극여우는 귀가 작고 둥글며, 사막여우는 귀가 몸에 비해 아주 크다. 같은 여우인데 왜 이렇게 다를까? 그리고 숲의 나무가 우거지면 숲 바닥의 풀은 어떻게 달라질까? 생물과 환경은 서로 무엇을 주고받을까?

정육면체 한 변의 길이

2.1.1생물 요소와 비생물 요소

어떤 지역에 사는 생물과, 그 생물을 둘러싼 빛, 온도, 물, 공기, 토양이 서로 영향을 주고받는 체계를 생태계라 한다. 생태계의 구성 요소는 생물 요소와 비생물 요소로 나뉜다. 생물 요소는 하는 일에 따라 다시 생산자(광합성을 하는 식물과 조류), 소비자(다른 생물을 먹는 동물), 분해자(죽은 생물을 분해하는 세균과 곰팡이)로 나눈다.

가령 빛의 세기가 식물의 광합성을 정하는 것은 작용이고, 숲이 우거져 바닥에 닿는 빛이 줄고 흙이 촉촉해지는 것은 반작용이다. 늑대가 사슴을 잡아먹는 것은 상호 작용이다. 숲 바닥의 풀이 적은 빛에서도 살 수 있는 음지 식물로 바뀌어 가는 것은 반작용과 작용이 이어진 결과이다.

2.1.2온도와 몸의 생김새

동물의 몸은 겉넓이를 통해 열을 잃는다. 그림 1의 정육면체로 생각해 보자. 한 변이 1이면 부피는 1, 겉넓이는 6이다. 한 변이 2이면 부피는 8로 8배가 되지만 겉넓이는 24로 4배밖에 되지 않는다. 따라서 몸이 클수록 부피, 곧 열을 만드는 몸에 비해 열을 잃는 겉넓이가 작아진다.

그래서 추운 곳의 동물은 몸집이 크고 귀, 꼬리 같은 돌출부가 작은 경향이 있고, 더운 곳의 동물은 반대로 돌출부가 커서 열을 잘 내보낸다. 북극여우의 작은 귀는 열을 덜 잃게 하고, 사막여우의 큰 귀는 혈관이 많아 열을 잘 내보낸다.¹ 즉 비생물 요소인 온도가 생물의 생김새에 작용한 것이다.

2.1.3예제 풀이

한 변이 1 cm이면 겉넓이 6 cm², 부피 1 cm³이므로 비는 6이다. 한 변이 4 cm이면 겉넓이 \(6 \times 16 = 96\) cm², 부피 64 cm³이므로 비는 \(\dfrac{96}{64} = 1.5\)이다. 즉 작은 쪽이 부피에 비해 겉넓이가 4배 넓다.

열은 겉넓이로 빠져나가므로, 부피 1 cm³당 열을 잃는 빠르기는 겉넓이 대 부피의 비에 비례한다. 따라서 작은 정육면체가 4배 빨리 식는다. 생쥐 같은 작은 동물이 몸무게에 비해 많이 먹어야 하는 것도 열을 빨리 잃기 때문이다.

나무가 자라 숲 바닥의 빛이 줄어드는 것은 생물이 비생물 요소를 바꾼 것이므로 반작용이다. 그리고 줄어든 빛 때문에 바닥의 식물이 바뀌는 것은 작용이다. 아래 탐구 카드에서 빛과 온도를 바꾸며 생물이 어떻게 달라지는지 직접 확인해 보자.

1. 같은 종이나 가까운 종에서 추운 지역일수록 몸이 큰 경향을 베르크만 규칙, 돌출부가 작은 경향을 앨런 규칙이라 한다. 경향일 뿐 모든 동물에 들어맞는 법칙은 아니다.