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보이지 않는 바닷속, 해양생태계의 룰에 관한 이야기

학문을 하는 목적은 세상의 이치, 즉 룰을 깨닫기 위한 것이다. 바다에는 어떤 룰이 있어서 해류가 흐르고 수많은 생물들이 공존하면서 살고 있는 것일까? 그리고 어떤 룰에 의하여 수온과 염분이 변하고 해양생물들의 양이 변하는 것일까? 바다에는 수많은 룰들이 있을 것으로 생각한다. 이 책은 이러한 질문을 안고 40년 동안 해양 관련 조사와 연구를 해온 저자의 지식을 담은 연구 결과물이다.

우리는 지구생태계, 태양계생태계, 미디어생태계, 숲생태계 등, ‘생태계’라는 단어의 홍수 속에서 살고 있고, 생태계를 정확히 알아야 살 수 있는 세상이 된 것 같은데, 사실 생태계가 무엇인지 정확히 아는 것은 쉽지 않다. 저자는 생태계를 “집이라는 공간, 그 안에 들어 있는 비생물적 물질과 에너지, 여기에 적응하여 살고 있는 생물들의 통합체”라고 정의한다. 해양생태학은 주로 바다라는 집 안에서 일어나는 비생물적 물질과 에너지의 변화, 그리고 생물들의 변화를 연구하는 학문이라고 할 수 있다. 이 책은 40억 년의 역사를 가진 바닷속 해양생태계를 이루는 해양생물과 바닷속에서 일어나고 있는 일들을 재미있고 쉽게 전달하고 싶은 저자의 바람을 담아, 곳곳에 유머와 에피소드를 넣어 독자들이 해양생태계의 심해(深海)에서 헤매지 않도록 한다. 자칫 지루할 수 있는 내용을 쉽고 재미있게 전달하는 저자의 노고가 담긴 책으로, 해양학 관련 교재로 쓰인 책이지만, 복잡다기한 바닷속을 재미있고 쉽게 설명하고 있어, 해양환경, 특히 지구환경에 관심 있는 독자들도 어렵지 않게 읽을 수 있다.

해양생태학은 종합과학이라고 할 수 있다. 해양생태계를 잘 이해하려면 해양생물뿐만 아니라 해양물리, 화학, 지질학적 개념을 잘 알아야 한다. 바닷속에서 수십억 년 동안 무슨 일이 있었고, 지금은 무슨 일이 일어나고 있으며, 바다는 우리에게 어떤 지혜를 주는지, 다종 세계인 해양생태계의 ‘룰’들을 이해하면 인간사를 이해하는 데 큰 도움이 될 것으로 생각한다. 이 책은 주로 이 ‘룰’들에 관한 이야기다.
저자는 이 책을 통해 해양학이라는 지식을 전달할 뿐만 아니라, 더 나아가 세상을 살아가는 지혜도 읽을 수 있게 한다.

머리말
1장 생태계, 쉽게 알 수 있다
1. 해양생태계와 유머, 공통점은?
2. 생태계란 무엇인가? 결국 주거 문제
3. 생태계의 크기, 조정이 가능
4. 생태계 명칭, 특성을 이해하기 쉽게 한다
5. 생태계의 구조와 기능, 누가 무슨 일을 하나?
6. 생태계 내 생물들의 보이지 않는 룰rule
7. 생물단위: 종, 개체군, 군집
2장 해양생태계와 육상생태계 구조 비교
1. 어떻게 다를까?
2. 진정한 3차원과 2차원에 가까운 3차원
3장 광합성, 최고의 발명품: 모두를 위한 소재와 연료를 만들다
1. 빛이 필요한 광합성
2. 표층만 밝은 바다, 광합성을 제한하다
3. 해양 광합성 생물의 색소들, 빛의 이용을 증대시킨다
4장 생물은 어떤 원소들로 이루어져 있나?
1. 탄소, 생물의 근원 물질
2. 질소, 해양의 생산을 좌우한다
3. 인, 적지만 핵심적 성분
4. 해양에서의 질소와 인 분포, 어디에 많나?
5장 생태계 내 생물의 구분
1. 분류학적 구분, 족보
2. 영양방식 구분, 포도당을 어떻게 얻나?
3. 먹이망에서의 역할 구분: 생산자, 소비자, 분해자
4. 서식지 및 생활방식으로 구분, 너 집이 어디니?
6장 플랑크톤 왕국
1. 플랑크톤의 정의, 수영선수도 있다
2. 영양방식에 따른 구분
7장 식물플랑크톤, 모두 다 먹여 살린다
1. 남세균류, 30억 살 장수의 상징
2. 규조류, 하루에 10배도 될 수 있다
3. 식물성 미소편모류, 바닷속 비스킷
4. 식물성 와편모류, 가장 영리한 식물
8장 혼합영양플랑크톤, 광합성도 하고 포식도 하고
1. 혼합영양이란? 모든 생물의 꿈
2. 누가 혼합영양을 하나?
3. 일시적인 혼합영양, 진화적 수수께끼
9장 동물플랑크톤, 광합성 생물과 어패류와의 중간자
1. 동물의 역할
2. 동물플랑크톤, 어떻게 나누나?
10장 단세포 원생동물플랑크톤, 원핵생물과 식물플랑크톤의 주요 섭식자
1. 동물성 미소편모류, 원핵생물의 주요 포식자
2. 동물성 와편모류, 뭐든 잘 먹어요
3. 섬모류, 털털한 녀석들
4. 아메바류와 근족류, 위족을 만들다
11장 다세포 후생동물플랑크톤, 어패류의 주요 먹이
1. 해파리, 크지만 플랑크톤
2. 윤형동물, 양식장의 보물
3. 요각류, 바다의 소고기
4. 지각류, 물벼룩
5. 크릴, 고래밥
6. 화살벌레, 정교한 화살
7. 후생동물플랑크톤의 주야수직이동
12장 원핵생물플랑크톤, 재생의 왕
1. 아키아, 열악한 환경을 극복하다
2. 박테리아, 높은 다양성
3. 산소를 좋아하는 원핵생물, 싫어하는 원핵생물
4. 원핵생물플랑크톤, 소중한 먹이가 되다
13장 유영동물, 상위 포식자이자 먹거리
1. 유영동물이란? 물고기, 파충류, 포유류를 포함하다
2. 유영동물, 떠야 산다
3. 유영동물, 숨을 곳이 없는 환경
4. 정어리, 최고의 해양모니터링 프로그램 CalCOFI를 만들다
14장 저서생물 왕국
1. 저서생물이란?
2. 저서생물의 역할
15장 광합성 저서생물, 다양한 저서성 1차생산자
1. 저서미세조류, 퇴적물 속에서 광합성을 하다
2. 대형해조류, 식탁을 풍요롭게 하다
3. 해초, 바다로 되돌아간 풀
16장 저서동물, 엄청난 분화
1. 해면동물, 바다수세미
2. 자포동물, 독침을 가지고 있다
3. 연체동물, 연한 몸체
4. 환형동물, 반지의 제왕
5. 절지동물, 갑갑한 녀석들이 많다
6. 극피동물, 피부 관리가 필요한 방사대칭 동물
17장 저서동물 서식환경과 적응
1. 갯벌에서는 2개의 구멍을 만들다
2. 모래해안에서는 하루에도 몇 번씩 집을 다시 짓는다
3. 바위해안에서는 파도와 건조를 이겨내야 한다
18장 저서동물유생은 소중하다
1. 저서동물유생, 견문을 넓히러 떠난다
2. 유생, 몸집이 커지면 해안가로 돌아와야 한다
19장 생태계의 기능
1. 유기물 생산, 모두를 위한 노력
2. 먹이망, 물질과 에너지를 전달하다
3. 경쟁, 최고의 효율을 지향하다
4. 공생, 재난 극복을 위한 최고의 생존수단
5. 기생, 안전한 자원 확보의 길
6. 에너지, 순환되지 않고 흘러간다
7. 천이, 우점 세력의 이어달리기
20장 해양생태계가 주는 선물
1. 많은 혜택
2. 선물의 지속성
21장 큰 환경변화는 생태계의 구조와 기능을 바꿀 수 있다
1. 온난화, 공간 내 에너지 증가
2. 해양산성화, 이산화탄소가 끌어내린 pH
3. 유해물질에 의한 해양오염, 유류와 중금속과 인공물질
4. 부영양화, 영양물질도 너무 많으면 문제가 된다
22장 적조, 완벽한 것들의 부조화
1. 적조, 빨간 밀물과 썰물일까?
2. 적조생물들, 수백 대 일 경쟁을 뚫은 천재들
3. 적조, 어떻게 발생되나?
4. 태풍, 적조 발생을 부추기나 억제하나?
5. 적조, 해양생물에게 어떻게 피해를 주나?
6. 적조 피해 저감 대책은?
7. 누가 글로벌 적조를 만드나?
23장 생태학 원리를 이용한 타 학문에 대한 기여
1. 생태학과 경제학
2. 생태학과 사회학
24장 생태계 모델과 예측
1. 모델의 종류
2. 예측
3. 바둑과 장기
참고문헌
찾아보기

바다라는 집(공간)에서 중요한 편의시설(비생물적 물질과 에너지)은 물, 영양물질, 염분, 수온, 광 조건 등이고, 육지라는 집에서는 공기, 흙, 물 등이다. 이러한 비생물적 물질과 에너지의 양이 바뀌게 되면 그 속에 사는 생물의 양도 변하게 된다. 결국 해수온난화, 해양산성화, 해양중금속오염 등도 바다 안에서 비생물적 물질과 에너지의 양이 크게 변해서 생긴 현상이다.
집 안에 들어와 사는 생물들의 경우 서로 유기적인 관계를 유지하고 있다. 식물이 이산화탄소와 질소와 인 등을 이용하여 새로운 유기물 또는 개체를 만들면 포식자들이 와서 잡아먹고, 그 포식자는 다시 상위포식자들에게 잡아먹힌다. 이들이 죽어 이산화탄소, 질소, 인 등으로 분해되면 다시 생산자에 의하여 이용되어 물질이 순환되게 된다. 즉 생태계 내에서 생물들은 서로를 필요로 하며 공존한다. 그런데 집 안의 비생물적 물질과 에너지가 크게 변하면 생물들의 생산, 포식, 순환 등도 변하게 된다. 해양생태학은 주로 바다라는 집 안에서 일어나는 비생물적 물질과 에너지의 변화, 그리고 생물들의 변화를 연구하는 학문이라고 할 수 있다. -19쪽

해양생태계와 육상생태계의 구조를 잘 비교해보면, 왜 식물과 동물이 해양생태계에서 육상생태계로 진화해 갔고, 반대로 왜 일부 생물이 육상생태계에서 해양생태계로 진화했는지를 알 수 있다. 많은 해양 식물과 동물이 진화하면서 바다에서 육상으로 이사를 갔고, 반대로 육지에 살던 고래와 해초 등은 다시 바다로 돌아왔다. 치열한 바닷속 경쟁을 피해 육상으로 간 식물들은 육상에서 물 부족, 변화무쌍한 온도, 영양물질의 부족, 초식동물들의 공격을 겪었을 것으로 생각된다. 그래서 육상식물들은 비가 많이 오고 비옥한 땅을 서식지로 선택하고 몸의 크기를 키웠을 것으로 판단된다. 이 분야는 생태학자, 진화학자, 고생물학자 등에게 매우 흥미로운 주제이고 계속 연구되어야 한다. -36쪽

영양방식trophic mode은 자신이 필요로 하는 포도당을 어떻게 얻느냐에 따라 구분한다. 식물처럼 스스로 무기물인 이산화탄소를 이용하여 유기물인 포도당을 만드는 방식을 자가영양(또는 독립영양, autotrophy)이라고 부른다. 자가영양 방식 중 빛에너지를 이용하여 포도당을 합성하는 것을 광합성(photo?autotrophy 또는 photosynthesis)이라고 하는데 주로 식물들이 수행한다. 또한 일부 원핵생물이 화학에너지를 이용하여 포도당을 합성할 수 있는데, 이를 화학합성chemo-autotrophy이라고 부른다. -79쪽

생태계 내에서 동물의 역할은 무엇일까? 육상에 살고 있는 동물들을 보면 그들의 역할을 금방 알 수 있다. 먼저 저 푸른 초원 위에서 풀을 뜯고 있는 소, 양, 말을 보면 식물을 먹는 초식섭식자grazer라는 것을 알 수 있다. 또한 밀림에서 얼룩말을 잡아먹는 사자를 보면 동물을 잡아먹는 육식성 포식자predator이고 얼룩말은 다른 동물의 먹이prey라는 것을 알 수 있다. 그리고 이들이 먹이를 먹은 후 배설을 하면 원핵생물이 배설물을 분해한 후 영양물질(질소, 인 등)로 만들어 식물들이 이용하게 한다. 사실 동물이 있음으로써 섭식과 배설이 빨리 이루어져 많은 생물이 공존할 수 있게 된다. 즉 동물이 있어서 풀 → 얼룩말 → 사자 → 배설물 → 풀로 빠르게 순환된다. 그러나 만일 사자가 얼룩말을 잡아먹지 않으면 먹이망이 깨져 사자도 얼룩말도 사라지게 된다. 그러므로 사자가 존재하는 것이 풀에도 얼룩말에게도 필요한 것이다. 또한 산호나 말미잘은 공생미세조류를 몸 안에 가지고 공생을 하는 공생자symbiotic partner다. 아울러 다른 생물에 기생하는 기생자 역할을 하는 동물도 있다. 그러므로 동물은 생태계에서 초식섭식자, 육식성 포식자, 먹이, 공생자, 기생자 역할을 수행하고, 물질의 순환을 용이하게 한다. -121쪽

해안가에 가보면 어느 곳은 진흙으로 되어 있는 갯벌이 있고, 어느 곳은 멋진 모래사장이 있고, 어느 곳은 자갈, 어느 곳은 바위로 되어 있다. 보통 파도나 물의 흐름이 약한 곳은 바다바닥물질(저질)이 진흙으로 되어 있다. 파도가 중간 세기일 때는 모래, 좀 더 세면 자갈, 아주 세면 바위바닥이 된다. 파도가 진흙을 쓸어내기 때문이다. 해수욕장 모래사장도 여름에는 모래가 많지만 겨울이 되면 파도가 세지면서 모래가 쓸려나가 자갈이나 바위가 드러나게 된다. 저질의 종류에 따라 서식지 공간 내의 물질과 에너지가 달라지게 되고 저서생물의 적응도 달라진다. -193쪽

종이를 태우면 재가 되고 열이 난다. 탄소를 포함하고 있는 유기물을 태우면 산화되면서 에너지가 나오는 것이다. 사실 포도당은 연료라고 할 수 있다. 자동차에 넣는 연료와 비슷한 역할을 한다. 물질이 순환되는 것과 다르게 에너지는 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하며 순환되지 않는다. 그래서 에너지 순환이라고 하지 않고 에너지 유동energy flow이라고 한다.
생태계의 에너지 유동에서 에너지의 근원은 태양에너지다. 태양에너지를 이용하여 식물이 이산화탄소를 포도당으로 합성하고, 이 식물을 초식동물이 먹으면서 에너지가 이동한다. 즉 태양에너지를 식물이 화학에너지로 저장한 후 동물에게 먹히면 물질과 에너지가 이동하는 것이다. 그러나 물질은 무기물에서 유기물로(광합성), 다시 유기물에서 무기물(분해)로 계속 순환하면서 태양에너지를 화학에너지로 저장하고, 저장된 화학에너지를 먹이망을 통해 다른 생물에게 이동시킨다. -230쪽

생태학 이론이 사회학 연구에 도움이 되고, 사회학 이론이 생태학 연구에 도움을 줄 수 있다. 예를 들어 우리가 겪고 있는 많은 환경적인 문제는 순환이 원활하지 않기 때문에 일어난다. 순환 과정에서 한두 생물에 탄소,질소 등이 쌓이면 적조가 된다. 이들이 일시적으로 죽어서 많은 유기물이 생기면 원핵생물이 분해하면서 무산소 상태를 만든다. 또한 중금속은 생물에게 꼭 필요한 원소지만 너무 많이 쌓이면 생물에게 해를 준다. 그러므로 물질이 한 곳에 쌓이지 않게 순환을 잘 시키는 것이 많은 생물을 공존하게 만든다. 이러한 생태학적 생각이 사회학적 모순을 생각해보고 해결하는 데 도움이 될 것이라고 생각한다. -280쪽