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해양생태학 스페셜티 - 해양생태계 Marine Ecosystems

바다를 탐험하는 다이버들은 전세계 해양이 어디나 모두 다 똑 같은 것이 아니라는 것을 잘 안다. 그러면 왜 해양에는 서로 다른 다양한 생태계와 서식처가 있는지, 이렇게 다른 생태계가 만들어지는데 영향을 미치는 요소들은 무엇인지, 그 속에 살고 있는 독특한 생물들은 어떤 것들이 있는지 알아볼 필요가 있다.
해양 생태계는 강물이 바다로 유입되는 하구, 바다가 육지 깊숙이 들어온 갯벌과 모래로 이루어진 만, 바다로 튀어나와 파도의 영향을 많이 받는 바위로 이루어진 곶, 산호들이 거대한 구조물을 이루고 있는 산호초, 그리고 바닥이 보이지 않는 블루워터, 빛이 들어오지 않는 깊은 심해까지 그 규모와 특징들이 다양하다. 이 모두는 바다가 보여주는 다양한 측면의 아름다운 모습이다. 이런 해양생태계는 육지나 강의 영향, 조석와 파도, 빛과 영양분 같은 해양의 물리화학적인 특성과 물질적인 조건들의 상호작용 그리고 그 속에 살아가는 생물들까지 모두 포함하는 환경의 산물이다. 각각의 해양생태계와 그 특징들을 살펴보자.



조간대 Intertidal Zone
조간대는 만조 때는 바닷물에 잠기고, 간조 때는 대기에 노출이 되는 지역을 말한다. 이는 바닥을 구성하는 성분이 부드러운지 딱딱한지에 따라서 연성과 경성 두 가지로 구분된다. 바닥이 딱딱한 암반 조간대는 대기 노출, 온도, 염도, 파도 작용 등이 빠르고 주기적으로 변하는 조건 속에서도 다양한 해양생물들이 번성하여 군집을 이룬다.
이런 곳에서 생물들의 분포는 썰물이 밀려나가는 동안 얼마나 오래 대기에 노출되느냐와 매우 밀접한 연관이 있다. 이곳의 생물들은 대부분 해수에 잠겨 있을 때에만 먹고, 호흡하며, 산란한다. 따라서 조석의 수위는 생물들의 삶에서 많은 측면들을 제한할 수 있다. 대기에 노출되면 온도와 염도가 급격하게 변하기 때문이다.
따라서 간조 때에 열대나 온대의 더운 여름에는 생물들이 말라버리거나, 과열될 수도 있으며, 극지나 온대의 겨울에는 빙점 아래로 떨어져서 얼어버릴 수도 있다. 비와 눈이 염도를 희석시킬 수 있는 것처럼 증발과 동결은 소금을 농축시킬 수도 있다. 파도의 작용은 생물들을 부착해있는 바위에서 탈락시킬 수도 있고, 반대로 잔잔한 곳에서는 생물들이 퇴적물로 뒤덮여서 빛과 먹이가 차단될 수도 있다.
대부분의 암반 조간대는 따개비, 담치, 말미잘과 같은 고착성 무척추동물들과 모자반 같은 대형 해조류들이 섞여서 밀집되어 있다. 이들은 공간을 두고 심하게 경쟁하며, 환경변화에 견딜 수 있는 능력에 따라서 종류별로 뚜렷하게 다른 공간을 차지하고 있다(대상분포). 조간대의 아래 쪽에서는 경쟁이나 포식 등의 다툼으로 생물들의 분포가 갈리고, 조간대의 위 쪽에서는 환경변화에 대한 내성에 따라 생물들의 분포가 달라진다.



하구 Estuary
강에서 유입된 민물이 바다와 만나는 하구 생태계는 주로 부드러운 퇴적물(연성저질)로 이루어진 서식지이다. 대부분의 해양 퇴적물들은 강에 의해 육지로부터 바다로 운반된다. 염도가 민물과 바다의 중간 정도를 띠거나 위치에 따라 변동이 심한 이곳에는 대형 해조류, 염습지 식물, 맹그로브들이 번성한다. 내만으로 해수의 흐름이 느려진 곳에는 미세 퇴적물들이 쌓여 갯벌을 이룬다.
이런 곳에서 사는 생물들은 식물들에 직접 부착해서 사는 종들이나, 펄을 뚫고 들어가서 사는 내생동물들이다. 염습지의 식물들 잎에 붙어사는 달팽이 같은 갉아먹는 초식동물이나, 해면, 조개(이매패), 멍게 같은 걸러먹는 포식자 filter feeder들이 포함된다. 매우 다양한 무척추동물들과 물고기들이 어린 시기를 이들 해초나 맹그로브 뿌리 사이에 숨어서 보내기 때문에 이런 서식처는 유생사육장으로 알려져 있다.
이 숲에는 곤충부터 영장류까지 다양한 육상 및 공중 동물들이 있다. 육지와의 유사성 때문에 이런 연안 및 하구 지역은 풍부한 영양분과 먹이가 있다. 이중 일부는 다른 해양 생태계로 유출되어 중요한 먹이 원으로서 육지와 바다 사이의 연계고리가 되기도 한다.



캘프 숲 Kelp Forest
암반 지역은 해양에서 가장 풍요로운 서식처 중의 일부이다. 한대 해양에서는 대형 해조류가 우세하며, 그 중에서 가장 거대하고, 복잡한 형태의 해조류가 캘프이다. 캘프는 해중림을 형성하여 무척추동물, 물고기, 해양 포유류들이 풍부한 군집을 이룬다.
캘프는 연안을 따라 용승이 일어나는 영양이 풍부하고 매우 생산성이 높은 지역에 번성한다. 광합성 식물인 이들의 서식처는 빛이 투과되는 수심으로 제한된다. 캘프는 튼튼한 부착기로 암반 바닥에 붙어서, 기체가 들어있어 물에 뜨는 기포라는 기관의 도움을 받아 수중으로 곧추 자란다. 이들은 수면에 도달해서도 표면을 따라 계속 자라 수면을 뒤덮는다. 캘리포니아 연안에서 발견되는 자이언트 캘프는 환경이 좋을 때는 하루에 최대 0.6m까지 성장할 수 있다.
우리나라에는 암반지역에 대형 해조류로 모자반, 미역, 다시마, 감태, 대황 등이 번성하여 캘프 숲과 같은 중요한 역할을 하고 있다.



산호초 Coral Reef
따듯한 바다의 암반 지역에 대규모로 서식하는 산호는 지구상에서 생산성과 다양성이 가장 높은 생태계를 조성한다. 산호초 한 곳에서 수 천의 서로 다른 종들이 발견되기도 하며, 스스로 기반을 만들어 그 위에 자라기도 한다. 탄산칼슘 뼈대들이 계속 누적되어 더욱 단단한 바닥을 조성하는 것이다. 전체 해양생물의 25%가 산호초에서 함께 살아가지만 산호초가 차지하는 면적은 전체 해양의 1%도 안 된다.
생물들은 서로 다른 종이나 개체와 함께 공생하거나 경쟁할 기회가 많다. 경쟁을 피하기 위해 자원을 분할하는데 특화된 종도 많은데 산호초에는 이런 공생관계가 풍부하다. 공생관계가 없었다면 산호 자체만으로는 지금처럼 이렇게 번성하지 못했을 것이다.
산호의 조직 속에는 황록공생조류 zooxanthellae라는 작은 세포의 광합성 조류가 살고 있다. 산호와 황록공생조류는 서로 도움을 주는 공생관계로 산호는 황록공생조류를 보호해주고, 이산화탄소와 영양분을 제공하며, 황록공생조류는 산호에게 먹이를 준다. 황록공생조류는 산호가 소비하는 에너지의 90~100%를 제공한다! 황록공생조류는 태양빛을 충분히 이용할 수 있을 때에만 광합성을 하여 산호에게 양분을 제공할 수 있기 때문에 산호는 스스로 촉수를 이용하여 떠다니는 먹이를 잡아 먹기도 한다. 이들의 촉수는 자포 nematocyst라고 하는 쏘는 세포를 갖고 있다.



외해 Open Ocean
대륙붕에서 밖으로 나가면 지구상에서 가장 큰 서식처인 외해와 심해로 들어간다. 해양의 윗부분은 표해수층이라 하며 흩어져 있는 해산이나 섬 등을 제외하면 구조물이 없고, 바닥과도 멀리 떨어져 있다. 이곳에서 먹이그물의 기반이 되는 것은 식물플랑크톤이지만, 이들이 표해수층에 균등하게 분포되어 있는 것은 아니다. 식물플랑크톤들은 성장을 지원하는 빛과 영양분이 있는 지역과 시기에 집중적으로 나타난다.
식물플랑크톤의 번성이 일어나면 동물플랑크톤도 번성하게 되며, 더 큰 포식자들이 축제를 위해 몰려든다. 플랑크톤을 먹기 위해 모인 청어, 멸치, 정어리 같은 작은 물고기들의 엄청난 무리는 결과적으로 베이트 볼 bait ball을 형성하게 된다. 참치, 돛새치, 상어 같은 대형 어류들과 함께 바닷새와 해양 포유류들까지 바로 모여들어서 먹이를 잡기 위해 물고기 무리를 가르며 돌진한다.
여기서는 포식을 피하기 위한 먹이 생물들의 전략뿐만 아니라 먹이를 잡기 위한 포식자들의 협동과 조직 그리고 서로 다른 포식 전략 등 여러 가지 예를 볼 수 있다. 돌고래들은 수중에서 공기를 불어내서 ‘기포 그물 bubble nets’을 만들어 물고기 무리가 공 모양으로 서로 더욱 밀착되도록 압력을 가하는 것으로 알려져 있다. 이렇게 물고기들이 공 모양이 뭉치게 되면 돌고래나 큰 물고기들이 이를 뚫고 들어가면서 먹이를 잡는다. 또한 수중 포식자들은 물고기들이 도망가지 못하도록 베이트 볼을 수면 가까이로 몰아가는데, 이는 잠수하는 바닷새들이 더 쉽게 접근할 수 있게 만들어준다.



조하대 Subtidal
조하대 서식처는 간조 때에도 항상 수중에 있는 지역이다. 가장 풍요로운 조하대 서식처는 대륙붕을 따라 나타난다. 조간대 지역과 마찬가지로 조하대 서식처 또한 딱딱하거나 부드러운 바닥으로 구성되어 있다. 대부분의 대륙붕은 모래와 진흙으로 덮여있으며, 구멍을 뚫고 들어가는 내생동물, 입자 사이에 서식하는 중생동물, 표면에서 돌아다니는 표생동물 등이 있다. 여기서는 모래나 진흙 위를 따라 돌아다니는 연잎성게, 해삼 같은 표생동물들이 보다 일반적이고 다양하다.
열대바다 얕은 곳은 부드러운 바닥에 뿌리를 내릴 수 있기 때문에 해초 밭이 흔하다. 해초는 염습지나 맹그로브처럼 유생사육장으로 기능할 수 있는 구조도 제공한다. 해초는 깃들어 서식하는 다른 생물들과 함께 매너티와 바다거북 같은 대형 초식동물들의 먹이 원이 되기도 한다.



심해 Deep Sea
표해수층 아래로는 태양빛이 약해지다가 마침내 사라진다. 대부분의 해양은 깊고, 차가우며, 어둡고, 생명체들은 점차 더 희소해진다. 대부분의 심해생물들은 여전히 표면에서 생산된 먹이에 의존한다. 이들은 해저로 가라앉는 폐기물 또는 ‘바다 눈 marine snow’ 조각들을 먹는다. 다음 층인 중심해 또는 ‘박명대 twilight zone’는 여전히 위로부터 희미한 빛이 있는데 여기에 사는 동물들은 주로 매우 크고, 민감한 눈을 갖고 있다.
중심해에 서식하는 대부분의 생물들은 세포 내부의 화학적 반응을 통해서 또는 공생 박테리아의 도움을 받아서 자체 발광을 할 수 있다. 생체발광 생물은 여러 가지 목적에 스스로 생산한 빛을 활용한다. 개체들간에 소통이나, 종의 구분, 포식자들에게 혼란을 주어 방어하거나, 먹이를 유혹하기 위해서 사용된다. 여기서는 위로부터 오는 흐릿한 빛과 함께 위장을 위해서도 활용된다.
심해 오징어와 심해어들 중에 많은 종들은 배쪽 표면을 따라 발광세포의 열이나 발광조직을 갖고 있다. 이것들은 위에서 오는 빛과 매우 정교하게 매치되어 발광되면서 아래쪽에 숨어 있는 포식자들의 눈에 띠지 않게 도와준다. 수심 1000m를 넘어가면 위에서 내려오는 빛이 없어지므로 이런 식의 역광 위장은 필요 없지만 여전히 생체발광은 다른 목적을 위해서 사용된다.
광대한 심해에는 생물들이 넓게 흩어져 있기 때문에 잡식성은 매우 좋은 포식전략이다. 심해어들은 대부분 기회가 된다면 자기보다 더 큰 것들도 잡아 먹을 수 있도록 몸체에 비해 매우 큰 입과 팽창 가능한 위장을 가지고 있다. 심해어들이 매우 난폭해 보이지만 대부분은 매우 작다. 이런 수심에서는 먹이를 언제 만날지 예측할 수 없으며, 다음 먹이를 만날 때까지 오래 기다려야 할 수도 있기 때문에 많은 물고기들은 축소된 근육과 신체 시스템을 갖고 최대한 에너지를 많이 절약하고자 하기 때문이다.
그러나 심해에서도 생명체들이 풍부한 곳이 있음이 최근에 밝혀졌다. 극심한 압력을 견딜 수 있는 최초의 잠수함이 심해저를 탐사할 때 그곳에는 생명체가 적거나 거의 없을 것이라 예상했다. 하지만 과학자들은 태양빛에서 기원한 광합성으로부터 얻을 수 있는 에너지가 없음에도 불구하고 매우 풍요로운 심해 생태계를 발견했다. 이들은 해양지각에서 솟아나는 황화수소(H2S)같은 화학물질로부터 에너지를 얻고 있었다.
열수공은 지질활동으로 지각에 균열이 발생했을 때 바닷물이 스며들었다가 점차 가열되면서 화학물들이 녹은 채로 다시 바다로 되돌아 오는 구조이다. 화학합성 박테리아는 이들 화학물을 이용하여 유기물 분자를 생산해 이 생태계의 기반을 형성한다. 박테리아는 거대한 관벌레류 같은 몇몇 심해 종들과 공생관계를 형성하고 있는데 이는 산호와 황록공생조류 사이의 관계와 매우 흡사하다.



부드러운 퇴적물 Soft Sediment
부드러운 바닥 퇴적물로는 모래와 진흙이 있는데 모래는 진흙에 비해 입자가 더 크다. 부드러운 퇴적물 지역에는 조개, 갯지렁이 등과 같이 퇴적물 속에 파묻혀 있거나, 구멍을 파고 들어가서 서식하는 내생동물들이 주로 서식한다. 모래와 진흙 입자 사이에서 서식하는 현미경 사이즈의 생물들은 미소생물(중생동물)이라고 한다.
퇴적물의 표면에 머무는 생물들의 숫자는 상대적으로 적은데 퇴적물들이 쉽게 교란되고 부착할만한 안정된 기반이 없기 때문이다. 이런 생물들은 종종 조류가 들고 남에 따라 급격한 변화를 경험하기도 한다. 만조 때는 해수 속에 있지만, 바닷물이 물러나는 간조 때는 모래에서는 빠르게, 진흙에서는 느리게 퇴적물에서 물기가 빠져나가서 대기에 노출되기도 한다. 갯벌은 입자가 매우 곱고, 잘 뭉쳐 있어서 바닷물은 위쪽의 몇 cm만 침투해 생물에게 먹이와 산소를 공급한다.
이들 지역의 먹이 그물 기반은 조류와 함께 떠다니는 플랑크톤이나 미소생물들로 퇴적물을 먹는 동물(퇴적물포식자)들의 중요한 먹이 원이 된다. 또한 육지나 다른 해양생태계에서 기원한 사체나 폐기물 조각들이 먹이 기반에 추가된다. 더 큰 포식자들은 조류에 따라 움직이는데 간조 때는 새들이, 만조 때는 어류들이 우세하며, 종종 바닥에 묻혀있는 먹이들을 잡아먹는다.



연관성 Linkages
해양에는 여러 가지 독특한 생태계들이 있지만 이들 사이에는 상당한 관련성이 있다. 한 생태계에 영향을 미치는 변화가 다른 생태계에도 중요한 영향을 미칠 수 있다는 뜻이다. 열대 지역, 특히 맹그로브, 해초 밭 그리고 산호초 사이에서 이런 연관성이 자세하게 연구되었다.
정상적으로 맹그로브와 해초 밭은 해수의 운동을 느리게 하는데 도움을 준다. 이는 퇴적물들이 수층 밖으로 정착하게 해주고, 부드러운 퇴적물들이 오염물들과 함께 쌓이게 만든다. 여기에 살고 있는 식물들과 생물들은 그 영양분을 이용하며, 상대적으로 적은 양이 산호초로 흘러가게 해준다.
산호초는 영양분이 낮은 물에서 잘 번성하는데 황록공생조류와의 공생 덕분이다. 그러나 산호초가 많은 영양분을 받아들이게 되면 보다 빨리 자랄 수 있는 해조류가 산호 위에 자라서 생태계는 생산성이 낮고, 다양성이 떨어지는 상태로 변하게 된다.
이런 변화는 물고기, 특히 초식성 어류와 무척추동물들의 남획으로 가속화된다. 개발 등으로 맹그로브와 해초 밭이 사라지거나, 저인망 어업이나 보트의 운항 등 인간의 활동으로 인해 손상되고, 파괴된다면, 증가된 영양분과 퇴적물들이 산호초로 흘러 들어가 산호들을 손상시킬 수 있다.
또한 이런 유생사육장의 상실은 산호초 물고기들과 무척추동물들은 물론 외해 어류들의 개체군 규모에도 손상을 일으킬 수 있다. 이러한 변화는 지역 주민과 상업적 어업의 대상이 되는 종들의 감소에 영향을 미칠 수 있으며, 고갈된 어류 개체군의 회복을 막을 수도 있다. 또한 이들 지역의 경제는 관광객들을 유인하는 건강한 산호초에 의존하고 있기에 관광산업과도 관련이 있다.
온대에 속하는 우리 나라 바다의 경우는 지금 백화현상이 심각한 상황이다. 그 원인으로 온난화와 환경오염, 초식동물들의 이상 증식 등이 꼽히고 있다. 어민들의 소득증대를 위한 양식 사업지원과 인공어초의 투입 등이 이루어지고 있지만 그것이 해양생태계의 교란과 복원에 어떤 역할을 하는지도 분명하지 않다. 다만 이러한 인간의 활동이 백화현상과 종다양성의 감소와 연관성이 있을 것임은 짐작 가능하다.



해양의 구역 Oceanic Zones
그림설명
Pelagic 해수대, Littoral 연안대, Neritic 천해대, Bentic 저서대, Epipelagic 표해수층, Mesopelagic 중심해층, Bathypelagic 점심해층, Abyssalpelagic 심해원양층, Hadalpelagic 초심해층

해양은 여러 개의 구역으로 구분할 수 있는데 가장 일반적인 것이 저서대(바다 바닥)와 해수대(수층)이다. 이들은 다시 연안과의 근접성과 수심으로 세분될 수 있다. 육지에서 시작하여 해양으로 가면서 우리는 땅에서 바다로 변하는 경계를 만나는데, 만조와 간조 사이의 지역은 조간대로 알려져 있다.
또 다른 중요한 경과 지역은 민물인 강이 해수와 만나는 하구 또는 기수(중간 염도) 지역이다. 이 지역은 생물들이 대기 노출, 극단적인 온도, 염도, 퇴적, 파도의 작용 등에 직면하는 가장 역동적인 해양 서식처를 만든다. 대륙붕을 향해 움직이면 우리는 연안 저서대와 해수대 서식처를 만나게 된다. 이들은 열대 산호초와 한대 캘프 숲과 같은 세계적으로 생산성이 높고, 다양한 몇몇 해양 생태계를 포함한다.
대륙사면의 모서리에서 해저면은 엄청난 수심으로 깊어지면서 지구상에서 가장 크고 가장 안정된 서식처인 심해를 형성한다. 심해 위로 해양 표면 가까이에 표해수층이 있는데 여기의 아래 한계는 태양빛의 투과로 결정된다. 이들 상층 해수(100~200m)에는 광합성 생물들이 태양 에너지를 식량 분자 속의 화학적 에너지로 전환시키기에 충분한 빛이 있다.
이 수심 아래로 내려가면 ‘박명대’ 또는 중심해층으로 위에서 내려오는 흐린 빛만 있을 뿐이다. 태양빛은 어디에 있던지 수심 1000m 아래로는 도달하지 못한다. 여기는 어둡고, 차가우며, 안정된 염도와 엄청난 압력에다 먹이도 희귀하지만 여전히 생명체들이 있다.