기능생태학

Functional ecology
벌은 꽃을 수분시키고, 생태계의 식물 번식과 밀도를 유지하는 생태적 기능을 한다.

기능생태학은 생물종이 발생하는 공동체나 생태계에서 활동하는 역할이나 기능에 초점을 맞춘 생태학의 한 분야다. 이 접근법에서는 종의 생리적, 해부학적, 생명사적 특성이 강조된다. "기능"이라는 용어는 불연속적인 성질보다는 특정한 생리학적 과정을 강조하거나 영양계에서 유기체의 역할을 설명하거나 자연 선택적 과정이 유기체에 미치는 영향을 설명하기 위해 사용된다.[1] 이러한 생태학의 하위수업은 생태학적 패턴과 그 기초가 되는 과정과 메커니즘 사이의 교차점을 나타낸다. 그것은 많은 종으로 대표되는 특징에 초점을 맞추고 두 가지 방법으로 측정할 수 있는데, 첫째는 여러 종에 걸쳐 특성을 측정하는 것을 포함하는 선별이고, 둘째는 선별에서 측정한 특성에 대한 정량적 관계를 제공하는 경험주의다.[2] 기능 생태계는 특히 지구 환경에서 발생하는 급속한 지구적 변화에 대응하여 생물체의 특성과 활동을 이용하여 지역사회 역학 및 생태계 프로세스를 이해하는 통합적 접근방식을 강조한다.

기능 생태학은 여러 이질적인 학문의 접점에 위치하며 진화 생태학, 진화 생물학, 유전학유전학, 전통 생태학 연구 사이의 통일 원리로 작용한다. 그것은 "경쟁력[종]의 능력, 공동 발생의 패턴, 공동체 집회, 생태계 기능에 대한 다른 특성의 역할"과 같은 분야를 탐구한다.[3]

역사

생태계의 기능이 그 구성 요소에 의해 영향을 받을 수 있다는 개념은 19세기에 그 기원을 두고 있다. 찰스 다윈의 '기원'은 식물 밀도와 생태계 생산성 사이의 긍정적인 상관관계를 지적함으로써 생물다양성이 생태계 건강에 미치는 영향에 대해 직접 언급한 최초의 텍스트 중 하나이다.[3] 찰스 엘튼은 1927년 그의 영향력 있는 작품인 Animal Ecology에서 회원들이 자원을 활용하는 방법에 기초하여 생태계를 분류할 것을 제안했다.[4] 1950년대까지 엘튼의 생태계 모델은 널리 받아들여졌고, 자원 사용의 유사성을 공유한 유기체들이 생태계 내에서 같은 '기적'을 차지하였다.[3]

1970년대부터 기능 분류에 대한 관심이 높아지면서 기능 생태계에 혁명이 일어났다. '길드족'은 '기능집단'으로 다시 표기될 것이고, 분류 체계는 종과 영양수준 사이의 상호작용에 더 중점을 두기 시작했다. 기능 생태학은 생태계 내의 유기체의 적응을 염려하는 생태적 과정에 대한 연구로 널리 이해되었다.[1] 1990년대에 생물다양성은 단순히 많은 다른 종들이 존재하는 것이 아니라 생태계 내에서 종의 생태적 기능의 다양성으로 더 잘 이해되었다.[3] 마지막으로 2000년대 들어 연구자들은 기능 분류 체계를 사용하여 급격한 변화와 교란, 기능 상실이 생태계의 건강에 미치는 영향을 조사하기 시작했다.[3]

기능성 다이버시티

기능적 다양성은 "생태계의 기능에 영향을 미치는 종과 유기적 특성의 가치와 범위"[3]로 널리 간주된다. 이러한 의미에서 "기능"이라는 용어의 사용은 개인, 인구, 공동체, 영양 수준 또는 진화 과정(즉, 적응의 기능을 고려하는 것)에 적용될 수 있다.[3] 기능적 다양성은 유전적 다양성이나 생리적 다양성을 이용하여 환경 속에서 종의 생태적 중요성을 측정하는 계획에 대한 대안적 분류로서, 생물다양성이 특정 생태계 기능에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 방법으로서 구상되었는데, 여기서 '생물다양성'은 e의 다양성을 가리킨다.주어진 시스템에 존재하는 시스템 기능.[3] 기능적 다양성을 통한 생태계 이해는 광범위하게 적용 가능한 만큼 강력하며, 종 발생, 종 경쟁 능력, 생태계 기능에 대한 생물학적 공동체의 영향 등 생태계의 관찰 가능한 패턴에 대한 통찰력을 준다.[3]

에코시스템 건강에 미치는 영향

기능 생태학에 대한 현대 연구의 주요 관심사는 기능적 다양성이 생태계 건강에 미치는 영향이다. 당연히 생물다양성은 생태계의 생산성에 긍정적인 영향을 미친다.[5] 기능적 다양성이 증가하면 환경(생태계 기능)을 통해 에너지와 물질의 흐름을 조절할 수 있는 생태계의 역량과 공기, 물, 나무 등 인간에게 유익한 자원을 생산하는 생태계의 능력(생태계 서비스)[5]이 모두 증가한다. 생태계 기능은 생태계 내에 존재하는 유전자, 종, 기능 그룹의 다양성이 감소하면서 급격히 감소한다.[5] 사실, 기능적 다양성의 감소는 기능 그룹, 영양 수준 또는 종에 관계 없이 환경에서 유기체의 생존 가능성에 광범위하게 영향을 미치며, 생태계 내의 공동체의 조직과 상호작용이 기능하고 자생하는 능력에 심대한 영향을 미친다는 것을 암시한다.[5] 게다가, 다양성은 환경 안정성을 향상시킨다. 생태계의 다양성이 클수록 종 구성의 변화(예: 멸종 사건 또는 침습적 종)와 환경 조건의 외부 변화(예: 벌목, 농업, 오염)에 탄력이 붙는다.[5] 더욱이 다양성이 환경에 제공하는 이점은 다양성의 양에 따라 비선형적으로 확장된다.[5] 불행하게도 이 관계도 정반대의 방향으로 작용한다. 다양성의 손실은 비선형적으로 생태계를 교란시킨다. 이러한 부정적인 영향은 특히 영양학적 수준에 걸쳐 손실이 있을 때 치명적이다.[5] 예를 들어, 단일 3차 포식자의 손실은 먹이 사슬에 연쇄적으로 영향을 미쳐 식물 생체량과 유전적 다양성을 감소시킬 수 있다.[5] 이것은 차례로 "생태계의 식물 구조, 화재 빈도, 심지어 질병 전염병"을 바꿀 수 있다.[5] 생태계에 미치는 다양성의 영향은 매우 강력해서 기후변화와 다른 세계적 생태계 스트레스 요인에 필적할 수 있다.[5]

대신, 드문 상황에서 다양성이 생태적 생산성을 지연시키는 것으로 나타났다. 실험적으로 혼합된 미세한 환경에서, 다양한 박테리아 배양균은 '효율적인' 조절 변종의 균질 배양균을 능가할 수 없었다.[6] 그러나 이러한 실험의 통계적 타당성과 설정에 의문이 제기되었으며, 상당한 공적을 달성하기 위해서는 추가 조사가 필요하다.[5] 일반적으로 다양성이 생태계 건강에 이롭다는 현재의 공감대는 훨씬 이론적, 경험적 뒷받침이 많고 적용 범위가 넓다.

스케일링

복잡한 기능적 다양성의 대부분의 모델은 작은 범위의 공간적 규모에서만 효과적이다.[7] 그러나 기능적 특성 확률 밀도를 "특정 생태 단위에서 가능한 각 특성 값을 관측하는 확률의 분포를 나타내는 기능"으로 정의함으로써 많은 모델의 결과를 더 큰 규모로 일반화할 수 있다.[7] 더 큰 공간적 규모에서, 더 많은 환경 이질성은 종들이 더 많은 기능 그룹을 이용할 기회를 증가시킬 수 있다.[5] 이러한 결론과 일관되게, 이론적 모델의 테스트는 생물다양성이 생태계 기능에 미치는 순효과는 시간이 지남에 따라, 더 큰 공간적 규모에 걸쳐, 그리고 더 많은 이질적인 천연자원과 함께 더 강하게 증가한다고 예측한다.[5] 그러나, 이러한 결과는 생태계를 지속하기 위해 필요한 것보다 더 많은 다양한 자원과 결합된 큰 공간과 시간 규모가 수반되는 실제 관계를 과소평가할 것으로 예상된다.[5]

기능생태학의 응용

환경을 이해하고 다루기 위한 기능적 접근방식은 생물학과 우리의 삶에서 생물학의 적용에 대한 우리의 이해에 많은 이점을 제공한다. 기능 생태학의 개념은 아직 걸음마 단계지만, 유기체, 환경, 그리고 이들의 상호작용을 더 잘 이해하기 위해 생물학 연구 전반에 걸쳐 광범위하게 적용되어 왔다.

종 탐지 및 분류

기능 생태학의 개념은 종을 탐지하고 분류하는 데 유익한 영향을 미친다. 종을 검출할 때 식물 키와 같은 생태학적으로 중요한 특성이 현장 조사 중 검출 확률에 영향을 미친다.[8] 환경을 전체적으로 분석할 때, 불완전한 종 검출의 체계적 오류는 기능적 특성 다양성과 환경적 역할에 대한 잘못된 특성 환경 진화적 결론으로 이어질 수 있다.[8] 예를 들어, 만약 작은 종의 곤충들이 덜 발견된다면, 연구원들은 그들이 더 큰 종의 곤충들보다 훨씬 더 희귀하다고 결론 내릴 수 있다. 이러한 '탐지 필터링'은 기능 포장과 생태계의 기능 그룹에 중요한 영향을 미친다.[8] 고맙게도, 환경 변화와 진화적 적응 사이의 상관관계는 불완전한 종 발견의 영향보다 훨씬 더 크다.[8] 그럼에도 불구하고 종과 집단의 기능적 관계에 대한 이론적 지도를 가지고 생태계에 접근하는 것은 부적절한 검출 가능성을 낮추고 도출된 생물학적 결론의 견고성을 향상시킬 수 있다.

기능적 특성

특성 정의에 대한 기능적 접근방식은 종 분류에도 도움이 될 수 있다. 특성 중심의 분류 체계들은 종을 분류하는 데 오랫동안 사용되어 왔지만, 고려해야 할 '트래트'의 수와 종류는 널리 논의되고 있다. 분류 체계에서 더 많은 특성을 고려한다면 종을 더 구체적인 기능 그룹으로 분리할 수 있지만, 환경의 전체 기능 다양성에 대한 과대평가로 이어질 수 있다.[3] 그러나, 너무 적은 특성들을 고려하는 것은 그들이 실제로 생태계의 건강에 중요한 경우, 종을 기능적으로 중복되는 것으로 분류하는 위험을 초래한다.[3] 그래서 생물을 형질별로 분류하기 전에 '트래프트'의 정의가 정착되어야 한다. 다윈이 그랬던 것처럼, 유기체 수행의 대용물로서 특성을 정의하기 보다는, 현대의 생태학자들은 종종 "기능적 특성"[9]이라고 불리는 특성의 보다 강력한 정의를 선호한다. 이 패러다임에서 기능적 특성은 성장, 재생산 및 생존에 미치는 영향을 통해 간접적으로 피트니스에 영향을 미치는 형태-생리학적 특성으로 정의된다.[9] 그 정의는 종에만 국한되지 않는다. 더 큰 생물학적 조직은 개별 유기체처럼 성장하고, 번식하고, 지속되기 때문에, 기능적 특성은 생태계의 과정과 속성을 묘사하는 데 사용될 수 있다.[9] 다른 척도에서 기능적 특성을 구별하기 위해 분류 체계는 다음과 같은 명칭을 채택한다. 개별 유기체는 생태생리학적 특성과 생명-역사적 특성을 가지고 있고, 인구는 인구학적 특성을 가지고 있으며, 공동체는 반응 특성을 가지고 있으며, 생태계는 효과적 특성을 가지고 있다.[9] 각 수준에서 기능적 특성은 그 위 또는 아래 수준의 기능적 특성에 직간접적으로 영향을 미칠 수 있다.[9] 예를 들어, 생태계에 걸쳐 평균을 낼 때, 개별 식물의 높이는 생태계의 생산성이나 효율성에 기여할 수 있다.[9]

특성 척도 범위
생태생리학 개인의 상대적 체력에 영향을 미치는 생리학적 품질 나뭇잎 크기는 태양 에너지 흡수에 영향을 줄 수 있다.
인생사 개인의 개인의 수명에 걸쳐 상대적 적합성과 변화에 영향을 미치는 자질 신체 사이즈 변화, 수명, 재생산까지의 연령
인구통계학 인구 시간에 따른 모집단의 변화 출생 및 사망률
반응 커뮤니티 환경변수에 대한 지역사회 반응 나무의 덮개를 걷어내고 난 후에 식물체가 더 크게 자란다.
효과 생태계 에코시스템 기능 관련 효과 생태계가 존재하기 위한 식물의 필요성

게노믹스

기능성 생태학은 유전체학과 밀접하게 얽혀 있다. 생태계에서 유기체가 차지하는 기능적 틈새를 이해하는 것은 한 종의 구성원들 사이의 유전적 차이에 대한 단서를 제공할 수 있다.[10] 반면에, 유전자가 암호화하는 특성/기능을 발견하면 유기체가 환경에서 수행하는 역할에 대한 통찰력을 얻을 수 있다. 이런 종류의 게놈 연구를 게놈 생태학 또는 생태학이라고 한다.[10] 게놈 생태학은 세포와 생리적 수준에 대한 특성을 분류할 수 있어 보다 정밀한 분류 체계로 이어질 수 있다.[10] 또한, 개인의 기능적 형질을 나타내는 유전자 표지가 확인되면, 생태계의 기능적 다양성과 구성에 대한 예측은 「역 생태학」[10]이라고 하는 과정에서 몇 종의 유전 데이터를 통해 할 수 있다. 역 생태학은 유기체의 분류 체계 개선에도 기여할 수 있다. 생물체는 유전적 근접성만으로 종을 정의하기보다는 같은 생태계에서 작용하는 기능에 의해 추가로 분류될 수 있다. 이러한 역 생태학의 적용은 박테리아 분류에 특히 유용하다는 것이 입증되었다. 연구자들은 아그로박테리움 속에서의 유전적 변이와 생태학적 틈새 기능 사이의 관련성과 생태계의 종별 구분과 다양성에 대한 생물학적 함의 확대 등을 확인할 수 있었다.[10] 연구자들은 아그로박테리움 파브럼에 특화된 196개의 유전자가 철분 결핍을 피하기 위해 식물 고유의 화합물과 당분을 사용할 수 있도록 식물 고유의 대사 경로를 코딩했다는 것을 발견했다.[10] 아그로박테리움 파브럼 특유의 이 특성은 같은 환경 내에서 발견된 아그로박테리움에서 밀접하게 연관된 박테리아와의 경쟁을 피할 수 있게 했다.[10] 따라서 아그로박테리움 팹럼의 유전학을 이해함으로써 연구자들은 아그로박테리움 팹럼이 식물의 틈새(즉 생태적 역할)로 진화하여 가까운 친척들과 경쟁하는 것을 피할 수 있었다고 추론할 수 있었다. 만약 이 과정이 일반화되는 것을 보여줄 수 있다면, 다른 유기체의 생태학적 기능은 단순히 유전 정보로부터 유추될 수 있다.

그러나 역 생태학과 게놈 생태학은 분류학이나 생태학에 대한 엄격하고 주류적인 접근법으로 받아들여지기 전에 몇 가지 장애물에 직면한다. 주요 과제 중 하나는 대본 데이터의 순서화 및 비교 기술이 존재하지 않아 대본 데이터 획득이 환경 조건에 따라 좌우된다는 점이다.[10] 또한 연구된 환경이 복잡성을 증가시킬수록 대본 데이터는 수집하기가 더 어려워진다.[10] 게다가, 많은 유전자들이 암호화하는 기능들은 여전히 알려져 있지 않기 때문에 게놈으로부터 생태학적 기능을 유추하는 것이 불가능하지 않다면 어렵다.[10] 유전자가 암호화하는 기능에 관한 가설들을 시험하는 것은 실험적으로 어렵고 비용이 많이 들고 시간이 많이 걸린다.[10]

디소멸

기능 생태계는 또한 멸종된 종들의 부활인 멸종위기에 대한 과학과 논쟁에 광범위한 응용을 가지고 있다. 기능 생태학은 환경에 미치는 영향을 극대화하기 위해 멸종된 종의 부활을 전략적으로 평가하는 데 적용될 수 있다.[11] 조상 중 한 명이 기능적으로 중복되는 종을 재도입하지 않기 위해, 지구 생태계의 기능 분석을 수행하여 재도입된 종의 추가된 기능적 다양성으로 인해 어떤 생태계가 가장 큰 혜택을 받을지 결정할 수 있다.[11] 이러한 고려사항은 중요한데, 현재 많은 종들이 지구상 멸종으로 고려되고 있지만, 그것들은 또한 이전의 생태계에서 기능적으로 중복되기 때문이다.[11] 그러나 오늘날까지도 멸종된 많은 해양 생물들이 기능적으로 고유하다고 확인되어 재도입의 유력한 사례가 되고 있다.[11] 실제로 멸종된 지구가 많은 경우와 마찬가지로 진화에 의해 일부 기능이 회복된 반면, 일부 기능격차는 시간이 지남에 따라 더 벌어졌다.[11] 멸종된 종을 재도입하는 것은 이러한 격차를 해소할 수 있는 잠재력을 가지고 있어 더욱 풍성하고 균형 잡힌 생태계를 만든다.

나아가 고전적인 의미에서 한 종이 멸종되기 전에 기능적 관점을 염두에 두면 '기능적 소멸'[11]을 피할 수 있다. 기능적 소멸은 "종이 역사적 기능적 역할을 수행하지 못하는 지점"[11]으로 정의된다. 호랑이, 참치, 해달과 같은 멸종 위기 종은 보통 이 문턱에 도달한다.[11] 기능 생태학을 고려한다면, 새로운 종(필수적으로 멸종된 것은 아님)이 어떤 멸종 조치를 취하기 전에 기능적으로 멸종된 생태계에 도입될 수 있다. 기능적 소멸은 생태계의 건강에 연쇄적으로 영향을 미칠 수 있기 때문에 이것은 생태계의 보존과 복원에 있어 중요한 변화 과정이 될 수 있다.[11][5] 예를 들어, 비버와 같은 생태계를 설계하는 종들은 기능적으로 특히 독특하다; 비버와 같은 생태계를 설계하지 않는 종들은 파괴적일 수 있다.[11]

멸종된 종의 재도입을 위한 기능적 논쟁은 사려 깊은 재도입을 생태학적 혜택으로 그려낼 수 있지만, 멸종을 둘러싼 윤리적, 실용적인 논쟁은 기능적 접근방식을 손상시키지 않았다. 생태학적 기능이 모호하게 정의되는 경우가 많고 생태계를 정의하기 위해 어떤 기능이 존재해야 하는지가 불분명하다는 점에 대해 탈생존에 찬성하는 기능적 주장의 주된 비판은 크게 초점을 맞추고 있다. 이러한 주장은 만약 멸종된 종의 기능이나 대체하려는 종의 기능에 대한 결론이 부정확하다면, 멸종된 종의 재도입이 생태계를 크게 해칠 수 있다는 것을 시사한다. 또한 멸종된 종의 기능이 잘 이해되더라도 멸종된 종이 제공하는 기능이 생태계에 의해 더 이상 필요하지 않다면 멸종된 종의 기능이 똑같이 해로울 수 있다.

저널스

과학저널 기능생태학(Functional Ecology)은 1986년부터 영국생태학회가 발간하고 있다.

참고 항목

참조

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