[식물/생태/분류/진화] 생태 : 개체군과 군집(천이), 생태계

동물 행동

조건 반사는 경험을 통해 후천적으로 가지는 반사이며, 고정행동양식이 여기에 포함됩니다.

ex ) 꿀벌의 위생 행동은 동물 행동이 유전적 영향을 받는 예시입니다.

 

해밀턴 법칙은 rB > C일시 동물이 이타적 행동을 한다는 법칙입니다. (r : 유전적 근접도, B : 이익, C : 비용)

ex ) 형제 간 r = 0.5, 사촌 간 r = 0.125입니다.

 

 

개체군

개체군은 같은 지역에 존재하는 같은 종들의 집단입니다.

조밀도는 "개체수 / 면적"으로 정의됩니다.

포획 - 재포획 방법은 "포획 및 표시한 수 / 전체 수 = 재포획 중 표시된 수 / 재포획 수"로 개체수를 구하는 방법입니다.

 

개체군의 분포에는 다음과 같은 3가지가 존재합니다.

균일형 분포는 개체들의 직접적인 상호작용이 가장 큽니다.

무작위적 분포는 무작위적으로 개체들이 분포하는 유형입니다.

군생형 분포는 개체군들이 여기저기 뭉쳐있는 분포로, 자원이 불균등한 지역에서 나타나며 가장 흔한 분포 유형입니다.

 

생명표는 시간이 지남에 따라 생존해있는 개체들의 수를 나타낸 표입니다.

n살일 때의 생존력은 "n살일 때 생존 개체수 / 태어날 때의 개체수"로 계산합니다.

n살일 때의 생존률은 "n+1살일 때 생존 개체수 / n살일 때 생존 개체수"로 계산합니다.

n살일 때의 사망률은 "n+1살일 때 사망 개체수 / n살일 때 생존 개체수"로 계산합니다. (= 1 - 생존률)

 

나이에 따른 생존률과 사망률에 따라 생존 곡선을 다음과 같이 분류합니다.

I형 생존 곡선은 생존률이 마지막에 급격히 감소하는 곡선으로, 경쟁력이 높고 생장이 느립니다. (K형 생활사, 인간)

II형 생존 곡선은 생존률이 일정히 감소하는 곡선입니다. (조류)

III형 생존 곡선은 생존률이 초기에 급격히 감소하는 곡선으로, 수명이 짧습니다. (R형 생활사, 어류)

** K형 생활사는 예측이 가능한 환경에 적응하는 전략이며, 다회 생식을 하고 느리게 성장합니다.

** R형 생활사는 예측이 어려운 환경에 적응하는 전략이며, 일회 생식을 하고 빠르게 성장합니다.

 

개체당 성장률은 "r = b - d = 출생률 - 사망률"로 정의합니다.

개체군 성장률은 "r * N = (b - d) * N = (출생률 - 사망률) * 개체수"로 정의합니다. (dN/dt)

** 개체당 성장률 r은 알리 효과를 제외하고는 일반적으로 항상 감소합니다.

 

** 알리 효과는 개체군의 밀도 감소 시 배우자를 만나는 정도가 감소하므로 개체당 증가율이 감소하는 효과입니다.

 

기하급수적 생장곡선은 "r_max * N"로 정의되며, 자원이 무한히 있을 때의 생장곡선입니다.

로지스틱 생장곡선은 "r_max * N * (1 - N/K)"으로 정의되며, 환경저항이 존재할 때의 생장곡선입니다.

** K는 환경수용능력을 말하며, N = K/2일 때 r = dN/dt가 최대입니다.

 

 

군집

군집은 여러 개체군들의 집합을 말합니다.

샤논 지수는 군집의 종 다양성에 대한 척도이며 H = -∑(P_i * ln P_i)로 정의됩니다.

** 극한 환경일수록 풍부도(각 종의 개체수의 고른 정도)는 일정하지만 다양도는 감소합니다.

** 풍부도 순위에 따른 풍부도 비율이 완만하게 나타날수록 종 다양성이 큽니다.

 

경쟁은 생태적 지위가 동일할 때에만 발생하며, 그 외의 경우에는 포식과 피식이나 상리 공생이 발생합니다.

 

종내 경쟁은 종의 서식 면적이 증가하지만, 종간 경쟁은 각 종이 유리한 지역만 점유하므로 서식 면적이 감소합니다.

대칭 경쟁은 개체 수가 같이 감소하지만, 비대칭 경쟁은 개체 수가 우세종은 결과적으로 같고 열세종은 감소합니다.

기본 지위는 경쟁이 없을 때 서식 면적이며, 실현 지위는 경쟁이 존재할 때의 서식 면적입니다.

** 기본 지위 ≥ 실현 지위이며, 등호 성립 조건은 비대칭 경쟁일 때입니다.

 

일반적 포식과 피식(로트카-볼테라 모델)은 피식자 증가(오른쪽 아래)부터 시작이며, 피식자 우선의 법칙을 따릅니다.

+ 피식자 우선의 법칙은 피식자가 증가하면 포식자도 따라 증가하고, 감소하면 포식자도 따라 감소한다는 법칙입니다.

변형적 포식과 피식은 피식자들의 내재적 성장률(r_max)이 증가하기 때문에 발생하며,

  이 경우 피식자의 수에 대한 포식자 수의 변화가 빠르게 반응하는 변형이 발생합니다.

 

상리 공생은 두 종이 모두 이득을 보는 상황을 말하며, 일시적으로만 상호 이득이어도 그 때는 상리 공생으로 봅니다.

ex ) 개미는 뿔매미의 분비물을 섭취하므로 이는 뿔매미에게 손해이지만,

      개미가 뿔매미의 포식자 깡충거미를 막아줄 경우 이 기간에는 개미-뿔매미의 상리 공생에 해당합니다.

 

 

천이

천이는 생물 군락이 환경의 변화에 따라 새 군락으로 변화하는 과정입니다.

1차 천이는 토양과 토양 생물도 제거되는 경우, 2차 천이는 토양은 남기는 경우로 구분합니다.

건생 천이는 황무지에서의 천이이며, 지의류, 이끼류, 초본, 관목, 양수림, 혼합림, 음수림의 순서로 나타납니다.

+ 종 다양도는 음수림의 우점 등으로 인해 증가하다가 감소하지만, 종 풍부도는 동물, 식물 모두 증가합니다.

+ 저위도일수록 종 다양성이 높습니다. (= 분해자가 많음 = 낙엽이 빨리 분해) (종 분화를 더 과거부터 시작했기 때문)

+ 천이가 진행됨에 따라 R 생활사 종들이 먼저 번식하고, 이후에 K 생활사 종들이 주로 번식합니다.

+ 천이가 진행됨에 따라 "총 1차 생산 / 생물량"이 감소합니다. (음수림이 마지막에 나타나기 때문)

 

극상은 군집이 안정화 된 평형 상태이며, 교란은 생물 일부가 제거되는 사건입니다.

ex ) 오리나무가 땅에 질소를 고정하여 가문비나무를 유도하면 극상을 형성합니다.

 

섬평형 모델은 종 수가 증가할수록 이입률은 낮아지고 절멸률이 증가하는 모델입니다.

+ 좁은 섬은 절멸과 이입이 모두 계속 증가하지만, 넓은 섬은 이입이 최대치에 빨리 도달하여 종이 약간씩 감소합니다..

 

면적당 NPP(1차 생산자의 순일차생산량)은 산호초, 열대우림이 가장 많고, 대양, 사막이 가장 적습니다.

+ 연평균 강수량이 증가함에 따라 NPP도 증가하다가, 2000mm를 넘어가면 혐기성 환경이 되어 NPP가 감소합니다.

+ 1차 육식동물 = 2차 소비자입니다.

+ 툰드라는 위도가 높고 강수량이 매우 적은 지역입니다.

+ 타이가는 온대낙엽수림(NPP, 실제증발산량 모두 중간)보다 NPP와 실제증발산량이 약간 적은 지역입니다.

 

 

생태계

생태 피라미드는 개체수 피라미드(ex : 목본식물)와 생물량 피라미드(단위 면적 내 중량, ex : 대양)가 있습니다.

** 목본식물과 (겨울의) 대양에서는 예외적으로 생산자가 1차 소비자보다 적은 역피라미드 구조가 나타납니다.

   (목본식물은 1차 소비자가 생산자를 잘 이용하지 못하기 때문이고, 대양은 겨울에만 생산자가 감소하기 때문입니다.)

 

동화 효율은 "1 - (배출량 / 전단계 생물량)", 생산 효율은 "1 - (호흡량 / 섭취량)"에 해당합니다.

** 내온성 동물은 외온성 동물보다 호흡량이 크므로, 생산 효율이 더 작습니다.

 

해양의 물질 순환은 혼합층, 수온 약층, 심해층으로 나누어볼 때 다음과 같은 특징들이 있습니다.

+ 수온 약층의 NPP가 가장 큽니다.

+ 계절 변화 시 수온 약층의 영양 염류들이 표면에 급증하면서 적조현상(조류가 쌓여 산소 부족)을 발생시킵니다.

+ 심해층은 빛과 산소가 없어 생물들이 H2S를 전자공유체로 사용합니다.

 

탄소 순환은 석회암 지대에 대부분 저장되어 있고, 바다의 경우 완충 지대로 작용하며 탄소의 유입량 > 유출량입니다.

질소 순환은 바다의 경우 질소 공급원으로 작용하며 질소 유출량 > 유입량입니다.

+ 질화 세균은 호기성 환경에 서식하며, 질소를 고정하는 과정에서 ATP를 소모합니다.

+ 독립영양생물은 무기물만을 사용하는 생물이며, 질소를 NH4+로 변환하는 분해자는 종속영양생물입니다.

 

자정 작용은 호기성 세균이 유기물을 무기물(질산염 NO3- 등)으로 전환시켜 식물성 플랑크톤을 증가시키는 현상입니다.

+ 호기성 세균의 작용으로 pH가 높아지며 이 때 물고기 집단 폐사 등이 발생합니다.

+ BOD(생화학적 산소 요구량)이 크다는 것은 유기물의 양이 많음을 의미합니다.