생태학 개관

생태학(Ecology)이란 생물과 환경 사이의 관계를 연구하는 학문이지만 이러한 단순한 정의 이면에는 폭넓은 학문 분야가 있다. 생태학자들은 개체, 숲과 호수 전체, 심지어는 지구 전체를 연구한다. 생태학자들은 모두 야외에서 연구하는 것으로 생각할지 모르겠지만, 생태학에서 가장 중요한 일부 개념은 이론 모델을 세우거나 실험실에서 생태를 연구하는 생태학자로부터 발전하였다. 생태학을 단순히 정의하면 이 분야가 얼마나 넓은지 그리고 얼마나 다양한 종사자가 있는지를 명백히 보여주지 못할 것이다. 생태학 분야는 생물 개체에서 생물관 전체에 영향을 미치는 요인들에 이르기까지 환경과의 모든 상호관계를 다룬다. 그중 개체생태학은 역사적으로 크게 생리생태학과 행동생태학으로 나눌 수 있다. 생리 생태학자들은 다양한 물리화학적 환경에 적응한 생물을 통해 생리학적/해부학적 측면의 진화를 강조하였다. 반면 행동 생태학자들은 주로 다양한 환경에 직면한 동물들의 생존이나 번식과 같은 행동의 진화에 관심을 가진다. 그러므로 생리생태학과 행동생태학은 모두 진화론의 영향을 받는다. 생태학자들은 연구를 수월하게 하기 위해 오랫동안 격리된 군집과 생태계를 찾아 연구하고자 하였다. 그러나 지구상의 모든 군집과 생태계는 물질과 에너지 그리고 생물들을 다른 군집이나 생태계와 교환하는 개방된 개체이다. 생물적 환경 요인들을 포함함으로써 생태학적 조직의 다음 단계인 포식, 기생, 경쟁과 같은 상호작용을 다루는 생태학으로 넘어갈 수 있다. 종들 사이에 존재하는 상호작용을 연구하는 생태학자들은 종간 상호작용의 진화적 영향을 강조한다. 또는 개체군 구조나 군집의 특징에 미치는 상호작용의 영향을 연구한다. 맥아더와 모스의 연구는 근연종 사이의 경쟁과 관련된 생태학적 의문들을 다루는 데 야외 연구가 어떻게 활용되는지를 보여준다. 다른 생태학자들은 그들이 연구하는 대상으로서의 생태계로 숲 전체나 호수, 목초지 등의 생태학에 관심을 가진다. 생태계(ecosystem)는 일정 지역에 존재하는 모든 생물체와 이 생물체들과 상호작용하는 물리적 환경을 포함한다. 많은 생태계 연구는 생물이 환경으로부터 생존을 위해 얻어야만 하는 그대로의 물질인 양분에 주목한다. 리켄스와 보만은 생물학을 지구과학, 수문학, 미기상학 등의 물리과학과 임학을 포함하는 응용과학을 결합하였다. 그들의 실험을 이끈 핵심 가설은 생물, 특히 식물은 북부 활엽수림으로부터의 양분 유실률을 조절한다는 것이었다. 연구자들은 허바드 브룩의 작은 지류들이 포함되는 작은 시내의 집수역에서 연구를 수행하였다. 이 집수역의 자연적인 지형적 경계들 덕분에 양분의 이동을 측정하는 것이 용이하였다. 이러한 예비 연구를 한 후에 실험 대상 시내 집수역의 나무들을 베어냈다. 그들은 실험 대상 지역에서 식물이 다시 자라나는 것을 억제하기 위해 3년간 제초제를 사용하였다. 리켄스와 보만에 의한 이 연구는 생태학자들에게 양분의 이동에 미치는 식물의 영향에 대한 새로운 통찰력을 제시하였다. 이 연구는 또한 다른 연구에 비해 훨씬 방대한 규모로 수행되었기에 주목할 만하다. 그러나 이보다 훨씬 더 큰 규모로 생각하고 연구하는 생태학자도 있다.

생태학이란 진정으로 생물과 환경 사이의 상호관계를 연구하는 학문이다. 그러나 개략적으로 살펴본 것처럼 생태학자는 이 관계를 다양한 방법을 이용하여 상당히 큰 시공간적 범주로 연구한다. 생태학자는 제곱센티미터로 측정되는 지점에서 생태학적 과정을 연구하기도 하고 리켄스와 보만처럼 전체 시내 계곡을 연구하기도 한다. 나드카니의 우림 수관의 자원조사와 밀른의 컴퓨터 화면상에서의 경관 이미지의 조작은 중요한 생태학적 발견이다. 생태학은 이들을 포함한 많은 방법을 통해 연구된다. 생태학자는 과학적 방법을 사용하여 생물과 환경 사이의 상호관계를 탐구한다. 이 광범위한 논의를 가장 기초적인 관점에서 시작해보자. 과학이란 무엇인가? 과학이란 단어는 '지식'이라는 의미의 라틴어에서 유래한다. 폭넓게 말해서 과학이란 어떤 형식적인 절차를 사용하는 자연계에 관한 지식을 얻는 방법이다. 과학적 접근법이 매우 다양한데도 견실한 연구들은 방법에 있어서 공통적인 여러 가지 특징이 있다. 과학적 방법의 가장 보편적이고 결정적인 측면은 흥미로운 의문을 제기하고 시험 가설을 형성하는 것이다. 과학자들은 무슨 일을 하는가? 간단하게 과학자들은 자연계에 대한 의문을 제기하고 답을 찾고자 한다. 의문은 과학적 과정을 안내하는 등불과 같다. 의문이 없으면 자연의 탐구는 초점을 잃고 세계에 대한 이해도 거의 만들어내지 못한다. 만약 과학자들이 자연에 대한 의문을 제기한다면 가설은 과학적 과정 중 어디에 포함되는가? 가설은 의문에 대한 가능성 있는 대답이다. 일단 과학자나 과학자들의 팀이 하나의 또는 복수의 대안 가설을 제기하면, 과학적 방법의 다음 단계는 가설로부터 뒤따르는 예측들을 검증함으로써 그것의 유용성을 결정하는 것이다. 가설을 검증하는 기본적인 방법에는 관찰, 실험, 모델링이 있다.

인간은 생물종으로서 존재하는 동안 생태학을 배우는 학생이다. 우리의 생존은 우리가 환경변화를 얼마나 잘 관찰하고 환경변화에 대한 생물의 반응을 얼마나 잘 예측하는가에 달렸다. 초기 사냥꾼과 채집자들은 사냥감의 습성을 알아야 했고, 식용식물이 자라는 장소를 알아야만 했다. 이후에 농부들은 날씨와 토양의 변화에 대해, 그리고 이러한 변화가 작물과 가축에 어떻게 영향을 미칠 것인지 알아야 했다. 오늘날 대부분의 인간은 도시에 살기 때문에, 직접적으로 자연에 의존하며 사는 사람은 드물다. 그럼에도 인간의 미래는 우리가 생물과 환경 사이의 관계를 이전보다 얼마나 더 잘 이해하느냐에 달려있다. 인간은 지구 환경을 빠르게 변화시키고 있지만 아직 이런 변화들이 어떠한 결과를 낳을지 잘 알지 못한다. 예를 들어 인간의 활동은 대기권의 질소 순환량을 증가시켰고 지구 전체의 토지를 변화시켰으며, 대기 중의 이산화탄소 농도를 증가시켰다. 이러한 변화는 지구상의 다양한 생명을 위협하고 우리의 삶을 부양하는 시스템을 망가뜨릴 수도 있다. 21세기 초, 우리는 다시 한번 생태학을 열정적으로 배우는 학생이 되어야만 한다.