생태 피라미드
영양 단계별 개체 수·생체량·에너지양이 상위로 갈수록 감소하는 생태 피라미드 구조를 분석한다.
영양 단계별 개체 수·생체량·에너지양을 아래에서 위로 쌓아 그린 그림으로, 에너지양 피라미드는 언제나 위로 갈수록 좁아지지만 개체 수와 생체량 피라미드는 역전될 수 있습니다.
에너지는 위로 올라갈 때마다 대부분이 열로 새어 나가므로, 위층이 아래층보다 클 수가 없습니다. 반면 개체 수나 생체량은 '몇 마리인가', '지금 얼마나 무거운가'를 잰 것이라 예외가 생깁니다.
쉽게 말하면
생태계와 에너지 흐름에서 봤듯이 에너지는 각 단계에서 대부분 호흡으로 열이 되어 빠져나갑니다. 그래서 먹이 그물의 위쪽 단계로 올라갈수록 남는 에너지가 급격히 줄어듭니다. 이것을 단계별로 쌓아 그리면 아래가 넓고 위가 좁은 피라미드가 나옵니다.
중요한 것은 세 가지 피라미드가 서로 다른 것을 잰다는 점입니다. 에너지양 피라미드는 일정 기간 각 단계를 통과한 에너지의 총량입니다. 위 단계의 에너지는 아래 단계에서 온 것이고 그 과정에서 반드시 손실이 있으므로, 에너지양 피라미드는 절대 역전될 수 없습니다.
개체 수 피라미드는 그저 마릿수를 센 것이라 역전이 흔합니다. 커다란 나무 한 그루에 수많은 곤충이 살면, 생산자가 이고 1차 소비자가 수천인 역피라미드가 됩니다. 생체량 피라미드도 역전될 수 있습니다. 바다에서 식물성 플랑크톤은 지금 이 순간의 무게는 가볍지만 아주 빠르게 번식하고 곧바로 먹히기 때문에, 어느 한순간을 찍어 보면 동물성 플랑크톤보다 생체량이 작게 나올 수 있습니다.
두 예외의 이유는 하나로 정리됩니다. 개체 수와 생체량은 '지금 이 순간의 스냅숏'이고, 에너지양은 '일정 기간 동안 흘러간 총량'입니다. 스냅숏은 역전될 수 있어도 누적 흐름은 역전될 수 없습니다.
이렇게 나타납니다
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예시 1개체 수 피라미드의 역전 — 나무 한 그루와 곤충들큰 나무 한 그루에 수천 마리의 곤충이 살 수 있습니다. 개체 수만 세면 생산자보다 1차 소비자가 훨씬 많아 피라미드가 뒤집힙니다. 그러나 나무 한 그루의 생체량과 에너지량은 곤충들보다 훨씬 크므로, 나머지 두 피라미드는 정상입니다.
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예시 2생체량 피라미드의 역전 — 바다의 플랑크톤식물성 플랑크톤은 생체량은 작지만 세대가 짧아 매우 빠르게 새로 생겨납니다. 생겨나는 족족 먹히기 때문에 어느 한 시점의 무게는 동물성 플랑크톤보다 가벼울 수 있습니다. 그렇다고 이들이 공급하는 에너지가 적은 것은 아닙니다.
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예시 3에너지양 피라미드는 왜 뒤집히지 않는가2차 소비자가 가진 에너지는 전부 1차 소비자에게서 온 것이고, 그 과정에서 호흡·배설·미섭취로 손실이 발생합니다. 받은 것보다 많이 가질 수는 없으므로 위 단계의 에너지량이 아래 단계를 넘어서는 일은 원리적으로 불가능합니다.
세 가지 생태 피라미드
| 구분 | 개체 수 | 생체량 | 에너지양 |
|---|---|---|---|
| 재는 것 | 각 단계의 마릿수 | 각 단계 생물의 총 무게 | 일정 기간 통과한 에너지 총량 |
| 측정 성격 | 한 시점의 스냅숏 | 한 시점의 스냅숏 | 기간 동안 누적된 흐름 |
| 역전 가능성 | 가능 | 가능 | 불가능 |
| 역전의 예 | 나무 한 그루와 수많은 곤충 | 바다의 식물성·동물성 플랑크톤 | 없음 |
자주 하는 오해
모든 생태 피라미드는 아래가 넓다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움피라미드니까 어떤 종류든 위로 갈수록 좁아진다
실제로는개체 수와 생체량 피라미드는 역전될 수 있습니다. 반드시 정상 피라미드가 되는 것은 에너지양 피라미드뿐입니다.
'피라미드'라는 이름 때문에 모양을 결론으로 착각하기 쉽습니다. 하지만 개체 수는 크기를 무시하고 마릿수만 세고, 생체량은 한순간의 무게만 잽니다. 에너지양만이 '아래에서 위로 얼마나 넘어갔는가'라는 흐름을 재기 때문에, 열역학적으로 역전이 막혀 있습니다.
생체량이 작으면 공급하는 에너지도 적다고 생각하기
이렇게 생각하기 쉬움식물성 플랑크톤의 생체량이 동물성 플랑크톤보다 작으니, 바다의 생산량도 적다
실제로는생체량이 작아도 회전이 빠르면 일정 기간 동안 만들어 내는 에너지의 총량은 클 수 있습니다.
생체량은 '지금 창고에 쌓여 있는 재고'이고 에너지양은 '한 달 동안 생산한 총량'입니다. 재고를 적게 유지하면서 빠르게 만들고 빠르게 내보내는 공장은 재고가 적어도 생산량이 큽니다. 식물성 플랑크톤이 바로 그런 공장입니다.
선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요
이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다
없음 — 이 개념이 마지막입니다
같은 단원의 개념 — 생명의 연속성과 다양성
가계도 분석고2감수 분열고2개체군고2개체군 생장 곡선고2계통수고2교차고2군집고2다인자 유전고2먹이 그물고2멘델 유전고2물질 순환고2변이고2복대립 유전고2사람의 유전고2상동 염색체고2생물 다양성고2생존 곡선고2생태계와 에너지 흐름고2생태적 지위고2성염색체와 반성 유전고2세포 주기고2염색체고2우열 관계와 중간 유전고2유전병고2유전적 부동고2자연 선택고2종 분화고2질소 순환고2천이고2체세포 분열고2탄소 순환고2하디-바인베르크 법칙고2
자주 묻는 질문
Q1에너지 효율이 대략 얼마인가요?
생태계와 영양 단계에 따라 크게 다릅니다. 흔히 안팎을 예로 들지만 이는 어림값이며, 실제 값은 생물의 종류와 환경에 따라 달라집니다. 중요한 것은 정확한 수치가 아니라 '단계마다 크게 줄어든다'는 사실입니다.
Q2영양 단계가 왜 무한히 이어지지 못하나요?
단계마다 에너지가 크게 줄어들기 때문입니다. 몇 단계 올라가면 최상위 포식자를 부양할 에너지가 남지 않습니다. 그래서 자연의 먹이 사슬은 대개 네다섯 단계에서 끝납니다.
Q3먹이 그물이 복잡하면 피라미드를 어떻게 그리나요?
각 생물을 그 생물이 주로 속하는 영양 단계로 묶어 층을 만듭니다. 잡식성 생물처럼 여러 단계에 걸치는 경우에는 그 비중에 따라 나누어 계산합니다. 피라미드는 실제 그물을 단순화한 요약도라는 점을 기억하세요.
교육과정 2022 개정 · 고2 생명과학 · 생명의 연속성과 다양성
수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)
에너지는 흘러가 버리지만 물질은 되돌아옵니다. 물질 순환에서 그 되돌아오는 길을 확인하세요.
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