최근 수정 시각 : 2019-05-18 00:38:31

먹이사슬


파일:external/study.zumst.com/20_1_3.jpg
교과서에 등장하는 먹이사슬의 두 예시.

1. 개요2. 먹이 사슬의 구성원들3. 포식-피식 관계의 복잡성4. 전문적인 분석

1. 개요

생태계 내에서 포식자(먹는 쪽)와 피식자(먹히는 쪽)의 관계를 선형으로 나타낸 것으로, 먹이 연쇄라고도 한다.

먹이 사슬은 생명체 사이에서 먹고 먹히는 관계를 일차원적으로 나타낸 것이나 먹이 그물은 좀 더 다양한 개체들의 복잡한 포식 관계를 나타내 있는 것이다. 둘의 모양을 생각해 보면 조금 더 이해하기 쉬울 것이다.

2. 먹이 사슬의 구성원들

먹이 사슬을 이루는 개체는 크게 두가지로 나뉜다. 생산자소비자로 주로 나누는데, 생산자무기물에서 영양을 섭취하는 역할을 하는 개체로 주로 식물(해양에서는 광합성을 하는 플랑크톤 등 원생생물 종류)이긴하나 식충식물(식물이지만 소비자) 태양충(동물이지만 생산자)등의 예외도 있다. 소비자생산자 혹은 소비자에게 영양을 얻어서 살아나가는 개체로 전자를 1차 소비자 후자를 다차 소비자라고 한다.[1] 인간은 다차 소비자 중에서도 최고 정점에 있는 생물이다.

3. 포식-피식 관계의 복잡성

한 지역 내에서 얼마나 많은 생물종이 살고 있느냐는 생태계가 얼마나 건강하느냐 하는 질문과 같다고 볼 수 있다. 따라서 생태계가 건강할수록 그곳에 사는 생물종은 다양해지고 포식-피식 관계 역시 점차 복잡해지게 된다. 위의 사진은 상당히 단순한데, 일단 '풀'이라고 뭉뚱그려 놓았지만 호랑이가 살 만큼 큰 구역에서 풀이 한 종류만 자라지는 않으며, 수십종의 식물이 함께 살아갈 것이다. 게다가 토끼와 사슴이 같은 종류의 풀을 먹지는 않을테고, 메뚜기 중 활동 시간이 안 맞아서 개구리한테는 먹히지 않고 들쥐한테만 먹히는 종이 있을지도 모르니 먹이그물 그림은 점점 더 복잡해지게 된다.

먹이사슬은 이 중 일부를 떼어 표시한 것으로 볼 수 있다. 먹이사슬의 복잡성, 즉 먹이사슬의 단계가 얼마나 길게 진행되느냐는 1차생산을 통해 만들어지는 에너지량, 즉 1차생산량과 먹이사슬이 진행되면서 손실되는 에너지량에 영향을 받는다. 1차생산량이 많으면 많을수록 먹이사슬 단계가 진행되며 손실이 일어나도 더 많은 단계를 수용할 수 있다. 역으로, 에너지 손실량이 적으면 1차생산량이 적더라도 더 많은 단계를 수용할 수 있다. 공세종말점과 비슷한 개념이랄까...

4. 전문적인 분석

전문적으로는 두 종의 개체 수의 관계를 아래와 같은 미분연립방정식으로 나타낸다. 고안자의 이름을 따서 로트카-볼테라 방정식이라고 한다.
{dxdt=x(αβy)dydt=y(γδx)\displaystyle \left\{\begin{matrix} {dx \over dt} = x(\alpha - \beta y) \\ {dy \over dt} = - y (\gamma - \delta x) \end{matrix}\right.
여기서 α,β,γ,δ\alpha , \beta , \gamma , \delta는 각 동물 사이의 개체수를 나타내는 상수값이며, xx는 피식자, yy는 포식자를 나타내는 변수이다.

이를 풀면 다음과 같다. 아래 식에서 ln\ln자연로그.
dydx=yxδxγβyα=dlny(αβy)dlnx(γδx)=δx+γlnxβy+αlny\displaystyle {dy \over dx} = -{y \over x}{\delta x - \gamma \over \beta y - \alpha} = d \ln y (\alpha - \beta y) - d \ln x (\gamma - \delta x) = -\delta x + \gamma \ln x -\beta y + \alpha \ln y

이것을 가지고 그래프를 그리면 아래처럼 나온다.
파일:external/upload.wikimedia.org/Cheetah_Baboon_LV.jpg

간단하게 풀어 설명하자면, 포식자는 피식자가 너무 적으면 먹을 게 없어 개체수가 줄어들게 되고, 피식자가 많으면 먹을 게 많아서 번성하게 된다. 마찬가지로 피식자는 포식자가 많아지면 너무 많이 잡아먹혀 개체수가 줄고, 포식자가 적으면 잡아먹히는 수가 줄어들어 번성하게 된다. 이렇게 포식자의 개체수와 피식자의 개체수를 서로 상호작용하며, 그래프의 두 선이 서로 반비례하며 상호작용하는 것으로부터 이를 확인할 수 있다.

[1] 밑의 단계 수에 따라 차수가 늘어난다. 예를 들어, 풀이 토끼에게, 토끼가 여우에게, 여우가 매에게 먹힌다고 가정하면, 토끼는 1차 소비자, 여우는 2차 소비자, 매는 3차 소비자, 베어 그릴스는 최종 소비자다.

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