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역사적 배경

생태학은 그리스인들, 특히 생물들 사이의 상호관계 및 생물과 비생물 환경 사이의 상호관계를 처음으로 기술한 테오프라스토스의 박물학으로부터 시작되었으며 이후 현대 생태학의 기반은 식물과 동물생리학자들의 업적에 바탕을 두고 있다.

1900년대초와 중반에 유럽의 식물학자들은 식물군집의 조성, 구조 및 분포에 관심을 가졌고, 미국의 식물학자들은 식물군집의 발달, 또는 천이에 대해 연구했다.

이 기간에 개체군 동태에 대한 관심도 높아졌는데, 특히 인구증가와 지구의 식량공급능력 사이의 모순에 대한 T. 맬서스의 개체군 동태에 대한 연구 후에 주목이 증가되었다. R. 펄(1920), A.J. 롯카(1925), V. 볼테라(1926)는 개체군 연구에 수학적 기법을 도입했는데, 이들의 연구는 포식자와 피식자의 상호작용, 종간경쟁 및 개체군 조절에 관한 실험을 선도해왔다.

몇몇 생태학자들이 군집 및 개체군의 동태를 연구하고 있을 때, 다른 사람들은 에너지의 흐름에 관심을 가지고 있었다.

한편 생태계의 에너지 흐름에 관하여 1920년 독일의 A.티에네만은 생산자인 녹색식물부터 소비자인 동물들의 몇몇 단계에 이르기까지 먹이 에너지가 전달되는 영양단계의 개념을 도입했다. 영국의 C.E. 엘턴(1927)은 생태적 지위 및 개체수 피라미드의 개념을 도입시켰다. 1930년대 미국의 E.버지와 C. 주데이는 호수의 에너지 지출을 측정하여 1차 생산, 즉 광합성에 의한 먹이 에너지의 발생률 또는 고정률의 개념을 발전시켰다.

1942년 미국의 R. L. 린더만은 생태계를 통한 에너지 흐름을 설명하는 영양동태 개념을 확립했다. 개방된 생태계에서의 에너지 흐름의 정량적 연구는 미국의 E. 오덤과 H. 오덤에 의해 더욱 발전되었다. 영양소의 순환에 관한 초기 연구는 영국의 J.D. 오빙턴에 의해 이루어졌다(영양소 순환). 에너지 흐름 및 영양소 순환에 대한 연구는 새로운 기술인 방사성동위원소, 미소열량측정법, 컴퓨터 과학, 응용수학의 이용으로 더욱 발전했다.

이러한 현대적인 방법들은 생태학, 특히 생태계의 구조 및 기능에 관계된 계생태학(界生態學)의 발달에 전기를 마련했다.

오늘날 생태학은 어떤 특정지역에서 상호작용하는 생물 및 환경으로 구성되는 기능적 단위인 생태계의 연구에 초점을 맞추고 있다. 생태계는 영양소가 순환되고 에너지가 흐르는 비생물요인과 생물요인을 모두 포함한다. 이러한 순환과 흐름을 수행하기 위하여 생태계는 토양·물·영양염류 사이에 밀접한 상호관계가 유지되어야 하며 생산자·소비자·분해자를 구성원으로 가져야 한다.

생태계는 먹이연쇄라고 불리는 일련의 먹고 먹히는 관계, 이용과 전환의 관계를 통해 에너지의 흐름 및 물질의 순환을 유지함으로써 기능을 발휘한다. 교란되지 않는 생태계는 안정화되는 경향이 있으며, 그러한 과정에서 불안정하고 단순한 상태로부터 안정되고 다양한 상태로 변화되는데 이러한 정향적 변화를 천이라고 한다.

생태계의 주요 기능적 단위는 개체군인데 에너지 흐름과 영양소 순환에서 그 역할과 관계된 기능적 지위를 차지한다.

어떤 생태계든 환경과 에너지 고정량에는 한계가 있다. 개체군 내의 개체수는 그 생태계의 허용된 한계치에 도달하면 안정화되어야 하는데, 이것에 실패하면 질병, 기아, 투쟁, 생식률 저하, 또는 기타 행동 및 생리적 반응에 의해 감소하게 된다. 환경의 변화와 변동은 그것이 조정하는 개체군에 선택압으로 작용하게 된다. 생태계는 역사성을 갖는다. 즉 현재는 과거와 관계되고, 미래는 현재와 관계된다.

따라서 현재는 식물생태학과 동물생태학, 개체군 동태, 행동 및 진화를 통합하여 하나의 통합된 개념으로서 생태계를 파악하게 되었다.

연구방법

생태학자들은 많은 변수를 갖는 살아 있는 계를 다루기 때문에 물리학자·화학자·수학자·공학자들이 사용하는 기술을 수정하지 않고는 사용할 수 없다. 즉 그것들은 쉽게 적용시킬 수도 없고, 그결과도 다른 분야에서 얻는 것만큼 정밀하지 않다. 이러한 제한은 있으나 환경의 여러 가지 양상은 간단한 화학적 분석이나 물리적 측정으로부터 정교한 기계장치의 사용에 이르기까지 다양한 물리적·화학적 수단을 이용하여 측정될 수 있다.

생물통계학 및 적절한 실험설계방법의 개발과 자료수집방법의 개선으로 생태학의 연구에서 정량적·통계적인 접근이 가능하게 되었다. 야외에서는 환경변수를 조절하는 어려움 때문에 실험설계를 필요로 하는 연구는 주로 실험실 및 하나나 제한된 수의 변수 효과를 시험하기 위하여 조절되는 야외실험에 한정된다. 통계적 기법과 야외에서 수집한 자료에서 수학적인 모델을 개발하고 여기에 컴퓨터를 이용하여 개체군 상호작용 및 생태계 기능에 대해 새로운 통찰이 가능하게 되었다. 수학적 프로그램 작성은 응용생태학, 특히 자연자원의 관리와 생태학적 기반을 갖는 농업문제에서 점차 그 중요성을 더해가고 있다.

환경조절실은 정해진 빛·온도·습도·일장의 조건 하에서 식물과 동물을 유지하는 실험을 가능하게 하여 생물에 대한 이들 변수 또는 변수들의 조합에 대한 효과를 연구할 수 있게 되었다. 우주시대의 산물인 생물원격탐사 및 다른 전자 추적장치는 신속하면서도 생물들이 손상되지 않은 채 식물과 동물 개체군에 대한 자료를 수집할 수 있게 한다. 방사성동위원소는 생태계에서의 영양소의 경로 추적, 생태계의 여러 구성원을 지나는 에너지 및 영양소의 전달속도 및 규모, 그리고 먹이연쇄의 연구에 사용된다.

실험실내 미소생태계는 영양소의 순환율, 생태계 발달 및 기타 생태계의 기능적인 면을 연구하는 데 유용하고, 반복실험 및 실험적 조작을 가능하게 한다.