해양 생태계 및 해양 생물
- 목 차 -
I. 생태계(Ecosystem)란 ?
II. 해양 환경의 특성
III. 해양 생물의 구분
IV. 해양 생물의 종류
V. 생물간의 상호관계
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I. 생태계(Ecosystem)란?
1. 생태학(Ecology)의 정의
* 희랍어 Oikos(집)에서 유래.
* '생활의 장'에 있어서 생물의 연구를 지칭.
* 생물 또는 생물군과 그 환경과의 관계에 대한 연구.
* 자연의 구조와 기능에 관한 학문.
* 환경의 생물학.
* 생물과 그 환경간의 관계의 모든 것, 또한 이들의 패턴에 관한 학문(Webster 사전) 등.
* 어떤 생물이 어떤 곳에 얼마나 많이 어떠한 방식으로 살아가며 그러한 이유는 무엇인가에 대해 연구하는 생물학의 분야.
2. 종(species) : 형태학적 및 유전학적으로 구분되는 생물의 단위. 같은 종끼리는 생식을 통한 번식이 가능하다.
3. 개체군(Population) : 동종의 개체의 집단.
4. 군집(Community) : 어떤 지역의 모든 개체군의 집합.
5. 생태계(Ecosystem) : 군집과 비생물적 환경을 모두 포함한 기능적 통칭.
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II. 해양 환경의 특성
1. 해양환경과 육상환경의 비교
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특 성 육 상 해 양
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매질의 밀도 낮다(공기) 높다(물)
빛의 흡수 약하다 강하다
중력 강하다 약하다
생체 주요성분 탄수화물 단백질
생물의 수명 길다 짧다
성장 속도 느리다 빠르다
식물:동물의 크기 식물 >동물 식물 <동물
식물:동물의 수명 식물 >동물 식물 <동물
영양단계의 수 적다 (3단계) 많다 (5단계)
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* 해수의 밀도 : 생물의 밀도보다 약간 높다. 따라서 약간의 부유 메커니즘을 획득하면 물위에 떠있을 수 있다(plankton), 플랑크톤을 먹는 여과식자(filter feeder)가 존재하며, 해수는 항상 움직이므로 고착(sessile) 생활이 가능하다. 고착생물의 이동은 이동성 유생(larva) 시기를 통하여 이루어진다.
* 빛의 흡수 : 해수는 빛을 아주 강하게 흡수하여, 해양에서 빛이 존재하는 깊이는 100m 이내로 제한되며 대부분의 바다는 빛이 없는 암흑의 세계이다. 따라서 광합성을 하는 식물은 서식범위가 얕은 곳으로 제한적이다(육상의 경우 거의 모든 곳에 식물이 존재).
* 중력 : 해수의 높은 밀도와 부력에 의하여 해양생물은 중력을 거의 받지 않는다. 따라서 중력에 거슬러서 몸을 지탱할 골격구조가 필요 없다. 또한, 중력을 지탱하기 위한 에너지 저장의 필요성이 없다.
2. 해양환경의 구분
+- Pelagic Zone : 수중 환경, 3차원
+- Benthic Zone : 해저 환경, 2차원
가. Pelagic Environment
* 수평적 구분 - neritic zone (천해, 대륙붕),
- oceanic zone (외해, 대륙사면-해구)
* 수직적 구분 - photic (=epipelagic) zone (유광대, 0-150 m)
- aphotic zone (무광대)
+- mesopelagic zone (150-2,000 m)
+- bathypelagic zone (2,000-4,000 m)
+- abyssal pelagic zone (4,000-6,000 m)
+- hadal pelagic zone (6,000-10,000 m)
나. Benthic Environment
* 수직적 구분 - intertidal (littoral) zone (조간대)
- subtidal (sublittoral) zone (조하대)
+- shelf zone (0-150 m)
+- bathyal benthic zone (150-4,000 m)
+- abyssal benthic zone (4,000-6,000 m)
+- hadal benthic zone (6,000-10,000 m)
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III. 해양 생물의 구분
1. 서식 형태에 따른 구분
* 부유생물(Plankton) : 운동 능력이 있기는 하지만 매우 약해서 물의 흐름을 거스를 수 없다. 대부분 매우 작은 소형이거나 운동 능력이 약하다. 식물플랑크
톤과 동물플랑크톤이 있다.
* 유영생물(Nekton) : 헤엄을 칠 수 있도록 발달된 특수한 기관을 가지고 있어서 자신이 원하는 방향대로 이동할 수 있다. 유영을 위해 지느러미(어류), 분사 기관(오징어 무리), 변형된 날개(펭귄) 혹은 손과 발(고래, 물개) 등이 잘 발달 하여 있다.
* 저서생물(Benthos) : 해저 바닥에서 서식하며, 바위에 부착하거나 바위 표면을 기어 다니며 산다. 모래바닥의 경우 굴을 파서 집을 짓거나 모래 속에 숨어서 생활하기도 한다. 바닥에서 주로 사는 어류(demersal fish; 가자미, 광어 등), 대부분의 무척추 동물, 대형 해조류 등이 있으며, 고착성(sessile) 생물의 경우 바닥에 부착하기 위한 부착기가 잘 발달되어 있다.
2. 생태계 내에서의 기능에 따른 구분
* 생산자(Producer) : 태양 에너지 혹은 화학 에너지를 이용하여 무기물을 유기물로 바꾸어준다. 얕은 곳에 서식하는 식물들이 이에 해당된다. 해양에서의 주된 생산자는 식물플랑크톤이다.
* 소비자(Consumer) : 생산자가 만들어낸 유기물을 먹이로 생활한다. 해양 동물들이 이에 해당되고 이들은 유기물의 크기, 형태, 종류에 따라서 여과식자, 퇴적물식자, 포획자, 브라우저, 청소자 등으로 다시 구분한다.
* 분해자(Decomposer) : 식물에 의해 생산된, 혹은 동물에 의해 흡수된 유기물을 다시 무기물로 분해시킨다. 아주 미세한 박테리아가 이에 해당된다.
3. 먹이 섭취방식에 따른 구분
* 여과식자(Filter feeder) : 물 속에 떠 있는 작은 부유생물 혹은 부유성 유기물을 걸러먹는다. 여과를 위한 촉수, 아가미, 수염 등이 잘 발달되어 있다. 대부분의 고착성 생물이 여과식자이다. 부유물을 먹기 때문에 부유물식자(Suspension feeder)라고 부르기도 한다. (예: 해면, 산호, 이끼벌레, 꽃갯지렁이, 조개류, 따개비, 멍게, 수염고래류 등)
* 퇴적물식자(Deposit feeder) : 해저 바닥의 모래나 점토 등에 섞여 있는 유기물을 주된 먹이로 먹는다. 퇴적물 내에는 유기물의 양이 많지 않기 때문에 엄청난 양의 흙을 먹고 또 배설되어 나오는 양도 엄청나다. (예: 소형 갯지렁이류, 해삼, 거미불가사리, 연잎성게 등)
* 포획자(Raptorial feeder) : 잘 발달된 턱, 이빨, 침 등을 갖고 있거나 독을 분비하여 다른 생물을 포획하여 잡아먹는다. 먹이를 사냥하기 위하여 동작이 빠르거나, 미끼나 독을 이용하여 순간적으로 먹이를 잡는다. (예: 히드라, 말미잘, 해파리, 참갯지렁이, 청자고둥, 골뱅이, 오징어, 문어, 게, 가재, 별불가사리, 상어 등 육식성 어류, 펭귄, 돌고래, 물개 등 포유류)
* 브라우저(Browser) : 초식성 동물의 대부분으로 해조류 혹은 바위 표면을 기어다니면서 아주 미세한 이빨(치설 : radula)로 표면에 붙어있는 유기물을 갉아먹는다. (예 : 전복, 소라, 군소, 갯민숭달팽이, 성게 등)
* 청소자(Scavenger) : 생물의 사체, 다른 생물이 먹다 남긴 먹이, 심지어는 자신과 같은 종의 다른 개체 등 종류를 가리지 않고 만날 수 있는 먹이는 뭐든지 닥치는 대로 먹는다. 주로 먹이가 부족한 심해 생물들이 이에 해당된다.
4. 분류체계에 의한 구분 - 생물을 형태학적, 발생학적, 해부학적, 분자생물학적, 진화학적 근거 등을 이용하여 분류할 수 있도록 체계화하여 구분한다.
* 분류단계 : 계(Kingdom)
문(Phylum 혹은 Division)
강(Class)
목(Order)
과(Family)
속(Genus)
종(Species)
* 현재 생물권은 5개의 계로 구분하고 있다.
(동물계, 식물계, 원생생물계, 원핵생물계, 균계)
* 한 종을 지칭할 때에는 속명과 종명을 함께 이탤릭체로 쓴다.
* 사람 : 동물계, 척추동물문, 포유강, 영장목, 유인원과, Homo sapiens
* 분류체계에 의하여 구분되는 종수는, 식물이 약 50 만여 종, 동물이 약 100 만여 종이 된다고 한다. (아직 미확인 종을 다 합치면 300만 - 1,000만 종 정도가 될 것으로 추산함)
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IV. 해양 생물의 종류
1. 플랑크톤(Plankton)
* 식물플랑크톤(Phytoplankton)
- 거의 대부분이 단세포 생물이며 크기가 매우 작다. (10-100 micron)
- 해양의 주된 생산자이며 유광층(euphotic layer)에서 광합성을 한다.
- 규조류(Diatom)와 쌍편모조류(Dinoflagellate)가 해양의 대표적인 식물 플랑크톤이다.
- 규조류는 규산질(Silicate, SiO2)의 껍질을 형성한다.
- 쌍편모조류는 종종 적조를 유발시켜 피해를 주기도 한다.
- 이외에도 규질편모조류(Silicoflagellate) 등이 있다.
* 동물플랑크톤(Zooplankton)
- 단세포 및 다세포 생물이며, 보통은 크기가 작으나 해파리와 같은 대형 동물플랑크톤도 있다.
- 단세포 동물플랑크톤으로는 유공충(Foraminifera), 코콜리스(Coccolitho
-phore), 방산충(Radiolaria) 등이 있다.
- 대표적인 다세포 동물플랑크톤으로는 요각류(Copepoda), 곤쟁이류(Mysiid), 난바다곤쟁이류(Euphausiid: 'Krill'), 해파리 등이 있다.
- 종생플랑크톤(Holoplankton)과 일시플랑크톤(Meroplankton) : 한평생을 플랑크톤으로서 살아가는 생물을 종생플랑크톤이라 부르고, 생활사의 일부 기간 동안만을 플랑크톤으로 살아가는 생물의 플랑크톤 시기를 일시플랑크
톤이라 부른다. 앞에서 언급한 종류는 모두 종생플랑크톤이고, 일시플랑크톤으로는 각종 무척추동물(환형동물, 연체동물, 절지동물, 극피동물, 미색동물 등)의 유생이 이에 해당된다.
2. 해조류(Macroalgae) 및 잘피류(Sea Grasses; 현화식물)
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특징 녹조류 갈조류 홍조류 잘피류
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분류군명 Chlorophyta Phaeophyta Rhodophyta Angiosperm
색소 엽록소-a,b 엽록소-a,c 엽록소-a,d 엽록소-a,b
진화의 정도 고등 보통 하등 가장 고등
서식 깊이 얕다 중간 깊다 얕다
예 파래, 청각 미역, 다시마, 톳 김, 우뭇가사리 거머리말, 거북말
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3. 해양 무척추동물(Marine Invertebrates)
* 해면동물(Porifera) : 다세포 생물이며, 물이 드나들 수 있도록 소공, 대공 등으로 관계(canal system)를 구성하고 있으며 여과를 할 수 있는 편모실이 있다. 고착생활을 하며 방사대칭이다. 몸에는 석회질 혹은 규질의 골격을 갖는다.
* 자포동물(Cnidaria) : 이축방사대칭이며, 종류에 따라서 폴립형(고착성)과 메두사형(부유성)이 있다. 자포(nematocyst)라는 독을 분비하는 특수한 세포기관이 있다. 히드라, 해파리, 말미잘, 산호 등 우리가 흔히 접하는 생물들이다.
* 유즐동물(Ctenophora) : 이축방사대칭이며, 해파리와 유사하나 8개의 즐판대(comb plate)가 몸통에 있는 점이 해파리와 다르다. 빗해파리류가 있다.
* 환형동물(Annelida) : 육상의 지렁이, 거머리 등과 바다의 갯지렁이가 이에 해당되며, 몸은 체절(segment)이라는 고리형태의 단위로 구성되어 있다. 갯지렁이는 고착성과 이동성으로 구분되며, 이동성의 경우는 포획자 혹은 퇴적물식자가 많고, 고착성의 경우는 거의 여과식자이다(이 경우 여과를 위한 촉수가
다발을 이루고 있다).
* 연체동물(Mollusca) : 외투막(mantle)을 갖고 있으며, 대부분 딱딱한 패각을 갖는다. 패각의 갯수는 종류에 따라 0개, 1개, 2개, 8개 등 다양하다. 다판류(군부; 딱지조개), 이매패류(조개), 복족류(고둥, 달팽이, 삿갓조개), 두족류(오징어, 앵무조개) 등이 대표적인 생물군으로, 인류의 식생활과도 밀접한 관련이 있는 생물군이다.
* 절지동물(Arthropoda) : 좌우대칭이며 체절을 갖는다. 다리는 관절로 이루어져 있고, 체표는 키틴질의 외골격으로 구성되어 있다. 따라서 성장시 탈피과정을 거친다. 육상의 거미류, 곤충류와 수중의 갑각류 등이 이에 해당되고, 갑각류에는 만각류(따개비, 거북손), 십각류(가재, 게, 새우류), 등각류(갯강구), 단각류(대벌레류) 등으로 세분할 수 있다.
* 극피동물(Echinodermata) : 오방사대칭이며 수관계 및 관족(tube feet)을 갖는다. 표피에는 뾰족한 가시가 있으며 불가사리, 성게, 해삼, 바다나리 등이 이에 해당된다.
* 미색동물(Urochordata) : 좌우대칭으로 표피는 셀룰로오스성의 주머니(피낭)를 갖는다. 고착성이며 물을 여과하기 위한 입수공과 출수공을 갖는다. 멍게 및 미더덕이 이에 해당된다.
4. 기타 해양무척추동물
* 편형동물(Platyhelminthes) : 플라나리아와 동일한 종류. 납작벌레라 부름
* 유형동물(Nemertina) : 갯지렁이와 유사하나 체절이 없다. 끈벌레라 부름
* 태형동물(Bryozoa) : 석회질의 골격을 만들며 군체생활을 한다. 마치 산호와 유사하나 촉수의 갯수가 산호와 다르며 개체의 크기가 산호보다 훨씬 작다. 골격은 잘 부서진다. 이끼벌레라 부름.
* 추형동물(Phoronida) : 꽃갯지렁이 종류와 유사하나 체절이 없다. 전체적으로 빗자루 모양을 하고 있다. 비벌레라 부름.
* 완족동물(Brachiopoda) : 조개와 유사하나 조개는 패각이 좌우로 나누어지나, 이들은 패각이 상하로 나누어진다. 조개와 같은 외투막이나 연체부는 없으며 몸체는 수많은 촉수로 이루어져 있다. 개맛, 조개사돈류가 이에 해당된다.
5. 해양 척추동물(Marine Vertebrates)
* 어류(Fishes) : 상어, 가오리, 홍어 등의 연골어류와, 꽁치, 고등어, 돔 등의 경골어류가 있다. 어류의 구분은 매우 복잡하므로 여기서는 생략한다.
* 파충류(Reptiles) : 해양의 파충류로는 바다거북이 대표적이며 이밖에 바다이구아나 등이 있다.
* 조류(Aves) : 바닷새와 펭귄 등이 있다.
* 포유류(Mammal) : 해양 포유류로는 고래가 대표적이며, 물개, 바다사자, 바다코끼리 등이 있다.
6. 심해생물(Deep Sea Animals)
* 심해생물의 적응 : 빛이 거의 없기 때문에 적으로부터 잘 보이지 않는다. 따라서 몸의 색이 일정하지 않다. 대부분 체색은 어두운 계통이다. 반면, 먹이를 잘 포획하기 위해서 눈이 잘 발달되어 있으며 경우에 따라서는 발광기관이 있기도 하다. 먹이가 풍부하지 않기 때문에 한 번 잡은 먹이를 한 번에 삼킬 수 있게 하기 위하여 아주 큰 입을 갖고 있고 위장은 신축성이 매우 좋다.
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V. 생물간의 상호관계
1. 공생 (Symbiosis)
* 흰동가리와 말미잘 : 흰동가리는 말미잘의 독으로부터 면역이 되는 물질을 분비하여 적으로부터의 공격을 피해서 보호받는다. (흰동가리뿐 아니라 게나 새우 종류 중에도 말미잘의 독에 면역되어 있는 종이 있다.) 이처럼 한쪽만 이익을 보는 관계를 편리공생이라 한다.
* 곰치와 청소새우 : 곰치는 청소새우를 보호해주고, 청소새우는 곰치의 몸에 붙어있는 찌꺼기를 먹으면서 제거해준다. 이와 같이 상호 도움을 주는 관계를 상리공생이라 한다.
* 게와 말미잘 : 게의 집게다리에 붙어있는 말미잘은 돌아다닐 수 있다는 잇점이 있고, 말미잘의 독은 게가 먹이를 사냥하는데 도움을 준다.
* 망둥어와 새우 : 망둥어와 새우는 공동으로 굴을 파서 함께 생활한다.
2. 위장 및 속임수 (Mimicry and Comouflage)
* 체색의 변화 : 주위 환경과 비슷하게 체색을 변화시켜서 천적 혹은 먹이를 혼란스럽게 만든다. (도다리, 문어 등)
* 장식물 : 주위 환경과 유사하게 자신의 몸을 치장한다. (물맞이게 등)
* 외형의 변화 : 서식하는 환경과 비슷하게 몸의 형태를 변화시킨다. (해룡 등)
* 현혹 : 몸의 앞뒤를 구분할 수 없도록 눈 모양의 점을 꼬리부근에 갖는다거나, 지느러미의 모양을 마치 물고기처럼 만들어서 천적을 현혹시킨다.
* 모방 : 다른 생물과 아주 비슷한 형태를 갖추어 적이나 먹이로부터 경계심을 늦추도록 흉내를 낸다.
3. 공격 및 방어 (Attack and Defense)
* 공격을 위한 적응 : 빠른 움직임, 날카로운 이빨, 크고 넓은 턱(육식성 어류), 특수화된 독침(청자고둥), 독을 분비하는 촉수(해파리), 미끼처럼 돋아난 돌기물(아귀), 야행성 등
* 방어를 위한 적응 : 딱딱한 외골격(조개 및 고둥류), 바위틈 혹은 굴속에 서식(게, 새우 등), 무리를 지어 살기, 아주 많은 가시로 뒤덥힌 표피(성게, 복어), 맛없는 육질, 유독성 물질 생성(갯민숭달팽이), 위장(해룡) 등
- 상황의 판단
우선 게이지나 다이브 컴퓨터에 표시되는 잔압, 수심, 잠수시간 등을 확인해보자.
만약 공기가 조금 밖에 남지 않았거나 계획한 잠수시간의 한계에 가까워 졌다면 수면으로 상승하는 것이 가장 안전한 해결책이다.
그러나 심하게 시야가 제한되는 흐린물 속에서는 가끔 일시적으로 위 아래를 인식하기 어려울 수도 있다.
어디가 수면쪽인지 바닥쪽인지 확실하게 확인할 수 있는 한가지 방법은 수경 속에 조금 고인 물을 관찰하는 것인데 물은 언제나 아래 쪽에 고이기 때문이다.
이것을 확인하기 위해서는 수경에 물이 조금 들어있어야 하는데 만약 물이 수경 바닥부분이 아닌 다른 곳에 고인다면 몸이 수면을 향해 똑바로 서 있는 자세가 아니다.
하향조류 속에 처해있는 예외적인 상황이 아니라면 숨을 내쉴 때 나오는 공기방울은 항상 위로 떠오른다.
방향감각을 상실한 대부분의 상황에서는 자신이 내쉰 숨의 공기방울의 방향을 확인하고 위아래를 인식할 수 있다.
그러나 하향조류는 필리핀이나 팔라우 등에서 종종 발생하기도 하므로 공기방울로 위 아래를 판단하는 것이 절대적인 기준이 될 수는 없다.
- 흐린물에서의 조류
흐린 물에서 방향감각을 잃어버렸다면 다이빙하고 있는 지역에서 벗어나 쓸려가지 않도록 조류에 맞서 헤엄 쳐야 한다.
내뱉은 공기방울의 방향을 보고 조류의 방향을 확인해야 한다.
공기방울은 조류를 따라 흘러가므로 조류에 맞서면 공기방울은 자신의 몸 뒤 쪽으로 흘러가게 된다.
조류를 거슬러 유영하는 것은 조류에 흘러 출수 장소나 보트로부터 멀어지는 것을 막아준다.
조류를 거슬러 가다가 출수 지점이나 보트를 지나쳐 멀어지는 것은 문제가 안된다.
왜냐하면 상승한 후에 조류에 떠밀려 다시 출수지점이나 보트로 돌아갈 수 있기 때문이다.
하지만 일반적으로 조류의 속도가 4노트 이상일 경우는 조류를 거슬러 유영하는 것이 어렵기 때문에 힘들다고 판단되면 짝과 함께 안전하게 상승하여 수면에서 다이빙 소세지나 휘슬 등의 신호기를 이용하여 다이빙 보트의 도움을 요청하는 것이 좋다.
이 방법은 장시간 표류하게 될 위험이 있기는 하지만 불필요한 체력소모를 줄이고 수면에서 안전하게 구조를 기다릴 수 있는 방법이다.
(인터넷 자료)