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제목 자연생태계, 어떻게 균형 이룰까 등록일 2018.03.06 21:00
글쓴이 에디스젠 조회 423

자연 생태계의 불안정성을 계산해 낼 수 있는 모델이 개발돼 시간에 따라 변화하는 생태계모습을 파악할 수 있게 됐다. 지금까지 ‘자연계가 균형을 이룬다’는 등의 말은 많이 써 왔으나 실제 계산을 통해 자연계의 균형이 어떻게 이루어지는가는 제대로 알려지지 않았었다.

일본 교토대와 류코쿠대 연구진은 12년 동안 교토 북쪽 동해에 면해 있는 마이즈루만(Maizuru Bay)에서 수중 생태계를 연구하며 생태 환경과 개체 밀집에 대한 새로운 통찰과 방법론을 개발해 과학저널 ‘네이처’(Nature)에 발표했다.

생물학적 공동체가 어떤 방식으로 유지되는가는 생태학의 중요한 과제다. 현재의 여러 연구들은 공동체의 안정성이 종의 다양성과 상호작용에 의해 영향을 받는다는 의견을 제시하고 있으나 이런 아이디어들은 자연 생태계에서 거의 테스트된 적이 없다.

 

연구팀은 물고기와 해파리 등의 개체 수 변화를 10년 이상 기록해 연구자료로 활용했다.  ⓒ Kyoto University / Reiji Masuda

연구팀은 물고기와 해파리 등의 개체 수 변화를 10년 이상 기록해 연구자료로 활용했다. ⓒ Kyoto University / Reiji Masuda

 

종들 사이 상호작용 측정 어려워

논문 제1저자인 마사유키 우시오(Masayuki Ushio) 교토대 생태연구센터 연구원은 “과거의 연구는 포식자가 먹이를 먹는 것과 같은 탄생과 죽음의 과정 그리고 그 안에 환경을 조절하는 어떤 것이 있다는 것에 초점을 맞추었다”며, “그러나 자연의 다양한 종들 사이의 급변하는 상호작용을 측정하기는 어려웠다”고 설명했다.

실제로 서로 다른 해류가 만나 바닷물이 뒤섞이는 영양분이 풍부한 해역의 수중 생태계에서는 잠수 조사를 할 때마다 생물 종의 양상이 약간씩 다르고 알려지지 않은 새로운 종이 발견되기도 해 생태계가 수시로 변화하는 모습을 엿보게 한다.

다양한 종들 사이의 급변하는 상호작용을 측정하기가 어려운 주된 이유는 자연생태계가 일반적으로 평형 동역학 상태를 나타내지 않기 때문이다. 따라서 변화를 측정할 수 있는 가장 손쉬운 방법은 특정 위치에서 보는 생물체의 개체 수 등 관련 정보들을 계속 기록에 남기는 것이다.

2주에 한번씩 12년 동안 수중 생물체 기록

교토대 ‘현장 과학 교육 및 연구센터’(FSERC)의 레이지 마스다(Reiji Masuda) 부교수가 마침 그런 작업을 하고 있었다. 그는 마이즈루만에서 12년 동안 2주마다 한번씩 수중으로 들어가 마주친 모든 물고기와 해파리 개체 수를 기록해 왔다.

마스다 교수는 “2002년 처음 관찰을 시작한 이래 이 수역에 어떤 생물이 사는지와 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는지를 확인했다”며, “마사유키 우시오 박사와 류코쿠대학의 미치오 곤도(Michio Kondoh) 교수에게 연구 결과를 보여주자 공동작업으로 생물체 간의 상호작용을 도표화할 수 있는 모델을 만들자고 제안했다”고 밝혔다.

연구팀은 마이즈루만 데이터세트에 경험적 동적 모델(EDM)인 시계열 분석도구를 적용해 모델을 구축했다. EDM은 정의된 방정식을 설정하지 않고 생태계가 동역학적으로 변동하는 모습을 분석할 수 있게 설계됐다. 그런 다음 생태계의 동적 안정성 분석에 사용할 수 있도록 개선됐다.

연구의 대상이 된 마이즈루만(舞鶴湾) 15 종의 생물과 개체수 변동 데이터에서 밝혀진 생물 종 간의 상호작용. 화살표는 영향을 주는 종에서 받는 종으로 그어져 있다. 파란색 화살표는 평균적으로 상대의 수를 늘리는 긍정적 작용을, 반대로 빨간색은 수를 줄이는 부정적 영향을 나타낸다.  ⓒ 京都大學/ 研究成果

연구의 대상이 된 마이즈루만(舞鶴湾) 15 종의 생물과 개체수 변동 데이터에서 밝혀진 생물 종 간의 상호작용. 화살표는 영향을 주는 종에서 받는 종으로 그어져 있다. 파란색 화살표는 평균적으로 상대의 수를 늘리는 긍정적 작용을, 반대로 빨간색은 수를 줄이는 부정적 영향을 나타낸다. ⓒ 京都大學/ 研究成果

생태공동체의 견고성은 시간 흐름과 계절성에 달려 있어”

연구팀이 발견한 것은 생물체들이 서로에게 긍정적 혹은 부정적 영향을 미치는 복잡한 상호작용 그물망이었다. 그리고 더욱 중요한 점으로 이 네트워크의 단기 변화가 전체 공동체 역학에 영향을 미친다는 사실이다.

우시오 박사는 “다양성이나 종들의 상호작용 그리고 안정성은 시간이 지남에 따라 자체적으로 변동한다는 것을 알 수 있었다”며, “이런 특성들은 자연생태계 기능의 근저 메커니즘을 이해하는 열쇠라는 사실을 나타내 준다”고 설명했다.

연구팀은 자신들의 방법론이 신경과학과 미생물학, 경제학 등 다른 학문분야에도 적용될 수 있을 것으로 보고 있다.

연구팀을 이끈 미치오 콘도 교수는 “이번 연구는 자연계에서 생태시스템이 얼마나 많이 변화할 수 있는지를 보여준 가장 포괄적인 견해 가운데 하나”라고 평가했다. 그는 “별 변화 없이 지속적일 것이라고 추정되는 공동체의 안정성이 실제로는 시간에 따라 변화한다는 사실을 알고 놀랐다”며, “생태 공동체의 견고성은 시간의 흐름과 계절성에 달려있다”고 밝혔다.


출처 : 브릭