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먹이 그물 속 독성 물질과 침입종

휴런호 새기노만에서 먹이 그물 꼭대기의 월아이는 맨 아래 식물 플랑크톤보다 PCB를 네 배 넘게 지니고 있었습니다.

독성 물질이 꼭대기에 쌓이는 이유

앞 단원에서 본 것처럼 에너지는 먹이 그물을 올라갈수록 줄어들지만, 그와 반대로 움직이는 물질도 있습니다. 잔류성 물질은 생물의 몸이 쉽게 분해하거나 밖으로 내보내지 못하는 물질입니다. 그래서 지방과 조직 속에 그대로 남습니다. 작은 물고기 한 마리는 플랑크톤 수천 마리를 먹고, 그 모두에게서 받은 물질을 대부분 몸에 남깁니다. 큰 물고기는 그런 작은 물고기를 여러 마리 먹고, 그 물질을 또 몸에 남깁니다. 이렇게 영양 단계가 하나 올라갈 때마다 몸속 물질의 농도가 높아집니다. OpenStax 교재는 이것을 생물 농축이라고 부릅니다. 잔류성 독성 물질의 농도가 생산자에서 최상위 소비자까지 영양 단계마다 높아지는 현상입니다.

같은 물질이 단계마다 더 진해집니다. 새기노만에서 맨 위 월아이는 식물 플랑크톤보다 PCB가 네 배 넘게 많았습니다. 막대 길이는 실제 비율이 아닙니다.

다음은 화학물질이 흡수되어 몸에 남는다고 가정한 단순 생체량 예입니다. 먹이와 몸무게의 비율은 가상의 값이며, 에너지 전달의 10% 규칙을 직접 환산한 값이 아닙니다. 물고기가 몸 1 kg을 만드는 데 먹이 약 10 kg이 필요하다고 해 봅시다. 그리고 그 물질이 먹이를 거치는 도중에 빠져나가지 않는다면, 먹이 10 kg에 들어 있던 물질이 모두 물고기 1 kg 안에 모입니다. 이 과정이 먹이 그물의 여러 단계에 걸쳐 되풀이되면, 결국 맨 위 포식자는 그 아래 어떤 생물보다 1 kg당 훨씬 많은 물질을 지니게 됩니다.

DDT, PCB, 수은

생물 농축의 가장 잘 알려진 예는 살충제 DDT입니다. 레이첼 카슨이 1962년에 펴낸 책 『침묵의 봄』에 이 이야기가 나옵니다. 일부 지역의 물가에서는 먹이 그물 꼭대기에 있는 새들이 먹이로 삼은 물고기를 통해 DDT를 많이 받아들였습니다. 그 때문에 새들이 낳은 알껍데기가 얇아졌고, 둥지에서 품는 동안 알이 깨지면서 새의 수가 줄었습니다. OpenStax 교재는 미국에서 DDT 사용이 1970년대에 금지되었다고 적습니다. PCB는 한때 냉각액에 쓰인 화학 물질로, 미국에서 1979년에 금지되었습니다. 그런데도 워낙 오래 분해되지 않고 남는 물질이라서 지금도 호수 물고기에서 나옵니다.

수은, 납, 카드뮴 같은 중금속도 같은 방식으로 몸에 쌓입니다. OpenStax 교재는 미국 환경보호청의 권고를 이렇게 요약합니다. 임신부와 어린아이는 황새치, 상어, 킹고등어, 옥돔류를 피하라는 것입니다. 이들은 모두 수은이 많은 큰 포식성 물고기입니다. 대신 연어, 틸라피아, 새우, 명태, 메기처럼 수은이 적은 물고기를 고르라고 합니다. 이런 권고는 나라마다 다르고 새로 바뀌기도 합니다. 그러므로 자기 식단에 대해서는 자기 나라 식품 안전 기관의 안내를 확인하세요.

그물에 들어온 새 종

먹이 그물은 종이 하나 새로 들어와도 바뀝니다. 침입종은 원래 살던 곳 밖으로 옮겨져서, 새 터전의 균형을 무너뜨리는 생물입니다. OpenStax 교재는 아시아잉어 이야기를 들려줍니다. 아시아잉어는 원래 미국에 살지 않던 물고기로, 1970년대에 미국으로 들여왔습니다. 플랑크톤을 걸러 먹어 연못을 깨끗하게 하려는 목적이었습니다. 그런데 그 가운데 일부가 연못을 빠져나갔고, 1980년대에는 미시시피강 유역의 여러 물길에 살게 되었습니다. 그중 은잉어는 토종 홍합과 달팽이가 먹고 사는 플랑크톤을 먹어 치웁니다. 한편 흑잉어는 토종 홍합과 달팽이를 직접 잡아먹습니다. 일리노이강의 일부 구간에서는 아시아잉어가 그 군집 생물량의 95%를 차지합니다.

새로 옮겨 간 터전에 천적이 없는 침입종은 먹이 그물 실험에서 천적을 모두 잃은 먹이 동물처럼 행동합니다. 다른 점이 하나 있다면, 침입종은 거기에 더해 토종 생물과 먹이를 두고 경쟁한다는 것입니다. 시카고 위생·운송 운하에는 잉어가 오대호로 들어가지 못하도록 전기 차단 시설을 설치해 쓰고 있습니다. 이 단원에서 본 예들에는 공통된 교훈이 하나 있습니다. 화학 물질이든 생물이든, 먹이 그물에 들어온 것은 모두 같은 먹이 관계를 따라 움직입니다.

생물 농축잔류성 독성 물질이 영양 단계마다 더 진해짐
DDT살충제. 꼭대기 새의 알껍데기가 얇아짐. 미국에서 1970년대 금지
PCB냉각액 화학 물질, 미국에서 1979년 금지, 지금도 물고기에서 검출
『침묵의 봄』레이첼 카슨의 1962년 살충제 책
침입종새 생태계의 균형을 무너뜨리는 외래종, 예: 아시아잉어
  1. 생물 농축이란 잔류성 독성 물질이…
    • 먹이 그물 위로 갈수록 진해지는 것
    • 위로 갈수록 묽어지는 것
    • 에너지로 바뀌는 것
  2. 새기노만 월아이의 PCB는 식물 플랑크톤의 몇 배를 넘었나요?
  3. 미국이 PCB를 금지한 해는?
  4. DDT는 먹이 그물 꼭대기 새에게 무슨 일을 일으켰나요?
    • 알껍데기를 약하게 했다
    • 몸집을 키웠다
    • 새끼를 늘렸다
  5. 『침묵의 봄』을 쓴 사람은?
    • 레이첼 카슨
    • 로버트 페인
    • 하워드 오덤
  6. 가상 생체량 예: 물질이 빠져나가지 않고 각 단계가 10 kg을 먹어 1 kg을 만듭니다. 식물 1 kg당 1단위에서 시작하면 세 단계 위는 1 kg당 몇 단위일까요?
  7. OpenStax에 인용된 EPA 권고에서 수은이 적은 물고기는?
    • 연어
    • 황새치
    • 상어
  8. 일리노이강 일부 구간에서 아시아잉어가 차지하는 군집 생물량 비율은?
  9. 아시아잉어를 미국에 들여온 이유는?
    • 플랑크톤을 걸러 연못을 깨끗하게 하려고
    • 애완용으로
    • 늑대를 막으려고
  10. 은잉어가 토종 홍합에 주는 피해는 주로?
    • 홍합이 먹는 플랑크톤을 먹어서
    • 홍합을 먹어서
    • 물에 독을 풀어서
핵심 정리
  • 잔류성 독성 물질은 단계마다 진해짐.
  • DDT는 알껍데기를 얇게 함, PCB는 미국에서 1979년 금지.
  • 큰 포식성 물고기에 수은이 가장 많음.
  • 침입종은 그물을 장악할 수 있음, 아시아잉어 생물량 95%.
이 과정의 출처 (16)
  • OpenStax Biology 2e 46.1 Ecology of Ecosystems: food chains and webs, Lake Ontario chain, grazing and detrital webs, Silver Springs 20,819 / 3,368 / 383 / 21 kcal/m²/yr (openstax.org/books/biology-2e/pages/46-1-ecology-of-ecosystems)
  • 46.2 Energy Flow through Ecosystems: chemoautotrophs at hydrothermal vents (NW Eifuku, 1,535 m)
  • TLTE 14.48% (1,103 of 7,618)
  • four to six transfers, NPE caterpillar 18% and squirrel 1.6%, English Channel 4 and 21 g/m², energy pyramids always upright, biomagnification, DDT and Silent Spring, PCBs banned 1979, Saginaw Bay walleye more than four times the PCBs of phytoplankton, EPA fish advice (.../pages/46-2-energy-flow-through-ecosystems)
  • 45.6 Community Ecology: lynx and snowshoe hare cycle about 10 years, lag 1 to 2 years, nearly 200 years of trapping data, keystone Pisaster and banded tetra, foundation species kelp and coral, Asian carp 95% of biomass in parts of the Illinois River (.../pages/45-6-community-ecology)
  • National Geographic Education: Food Web (al-Jahiz, early 800s) and Energy Flow and the 10 Percent Rule (education.nationalgeographic.org/resource/food-web/, /resource/energy-flow-and-10-percent-rule/)
  • NOAA Education, Aquatic food webs (noaa.gov/education/resource-collections/marine-life/aquatic-food-webs)
  • Kingsland 2015, Alfred J. Lotka and the origins of theoretical population ecology, PNAS 112:9493 (pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4534218): Lotka 1925 Elements of Physical Biology, Volterra 1926
  • Bacaër 2011, A Short History of Mathematical Population Dynamics ch. 13 (D'Ancona, Adriatic fish markets, First World War)
  • Paine 1966, Food web complexity and species diversity, Am. Nat. 100:65-75 (Mukkaw Bay, 15 to 8 species)
  • Paine 1969 Am. Nat. 103:91 (keystone)
  • Lafferty and Suchanek 2016, Am. Nat. 188:365 (pubs.usgs.gov/publication/70175674)
  • NPS Yellowstone: History of Wolf Management (nps.gov/yell/learn/historyculture/wolf-management.htm: last pack killed 1926, 14 wolves January 1995, 17 in January 1996, 10 from Montana 1997)
  • Wolf Restoration in Yellowstone: Reintroduction to Recovery (nps.gov/articles/wolf-restoration-in-yellowstone-reintroduction-to-recovery.htm: 41 wolves, peak 174 in up to 16 packs, about 100 in 10 packs, about 10% a year)
  • Elk (nps.gov/yell/learn/nature/elk.htm: about 17,000 in 1995, 3,915 in 2013, 6,673 in 2022)
  • The Big Scientific Debate: Trophic Cascades (nps.gov/articles/the-big-scientific-debate-trophic-cascades.htm).

확인한 날: 2026-10-17