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.
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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.
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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--- p.autotrophy이라고 부른다.
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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.
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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.
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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.
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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.