섬생물지리이론

왜 배우는가: 섬생물지리이론은 종 다양성을 면적과 거리라는 공간 요인으로 설명하는 기본 틀이다. 이 이론이 경관생태학과 보전생물학의 출발점이 되었으므로 육지 경관 계획을 다루는 문제에서 자주 등장한다. 답안에는 이론의 원리와 함께 육지 경관에 적용할 때의 한계를 같이 써야 한다.

출제 이력: 제124회 4교시 3번, 제109회 3교시 4번

1. 한 줄 정의와 핵심 키워드

섬생물지리이론은 섬의 종 수가 이입과 멸종의 균형으로 정해진다는 이론이다.

답안의 첫 줄은 이 정의로 시작한다. 이 이론은 1967년 MacArthur와 Wilson이 발표한 것으로, 종 다양성을 면적과 거리라는 두 공간 요인으로 설명한다. 정의 뒤에는 이입, 멸종, 평형 종 수 세 개념을 바로 붙여 쓴다.

핵심 키워드는 다음과 같다.

• 이입: 본토 같은 공급원에서 새로운 종이 섬에 도달하여 정착하는 과정이다.
• 멸종: 섬 안에서 개체군이 소멸하여 종이 사라지는 과정이다.
• 평형 종 수: 이입률과 멸종률이 같아져 종 수가 일정하게 유지되는 값이다.
• 면적 효과: 섬이 클수록 멸종률이 낮아져 종 수가 많아지는 효과이다.
• 거리 효과: 본토와 멀수록 이입률이 낮아져 종 수가 적어지는 효과이다.
• 종-면적 관계: 서식지 면적과 그 안의 종 수 사이의 함수 관계이다.
• 동적 평형: 종의 교체는 계속되지만 종 수는 평균적으로 일정한 상태이다.

2. 개념 풀이

섬생물지리이론은 섬의 종 다양성을 이입과 멸종이라는 두 과정의 균형으로 설명하는 이론이다. 섬에 새 종이 들어오는 속도와 섬 안에서 개체군이 사라지는 속도가 같아지는 지점에서 종 수가 정해지며, 이 값을 평형 종 수라고 한다. 평형 종 수는 섬이 가질 수 있는 종 수의 상한이 아니라 두 과정이 맞선 결과이다.

원리는 두 곡선의 교차로 이해한다. 이입률은 섬의 종 수가 늘어날수록 낮아지는데, 섬에 이미 있는 종이 많을수록 본토에서 들어온 종이 정착할 여지가 줄어들기 때문이다. 멸종률은 종 수가 늘어날수록 높아진다. 두 곡선이 만나는 점이 평형 종 수이며, 이 점은 면적과 거리에 따라 이동한다.

이 이론의 핵심 용어는 다음과 같다.

• 면적 효과: 면적이 작은 섬은 자원이 적어 개체군이 작고, 우연한 소멸이 잦아 멸종률이 높다. 따라서 면적이 클수록 평형 종 수가 많아진다.
• 거리 효과: 본토에서 먼 섬은 새 종이 도달할 확률이 낮아 이입률이 떨어진다. 따라서 거리가 가까울수록 평형 종 수가 많아진다.
• 동적 평형: 평형 상태에서도 종이 들어오고 나가는 교체는 계속된다. 종 목록은 바뀌지만 종 수는 평균적으로 일정하게 유지된다는 점이 정적인 평형과 구분된다.

면적과 종 수의 관계는 이론의 핵심 예측이다. 종-면적 관계는 흔히 거듭제곱 함수로 적합되며, 식은 다음과 같다.

$S = cA^{z}$

여기서 S는 종 수, A는 서식지 면적, c는 면적 단위에 따라 달라지는 상수로 면적이 1단위일 때의 종 수에 해당한다. z는 로그-로그 공간에서 직선의 기울기이다. 이 식을 로그로 바꾸면 직선으로 나타나므로, 섬의 자료를 로그 눈금에 그려 기울기를 구하는 방식으로 쓴다. 반면 Gleason은 면적을 로그 눈금으로 놓은 반로그 모델을 주장했다. 두 모델은 형태가 다르지만 면적이 커질수록 종 수가 늘어난다는 점에서는 같다.

이론은 섬이 본토와 격리되어 있고 종의 이동이 이입과 멸종으로 설명된다고 가정한다. 이 가정이 육지 경관에서 깨질 때 적용의 한계가 생긴다. 이 점은 7절에서 다룬다.

3. 등장 배경과 필요성

전통 생물지리학은 대륙과 섬에서 종의 분포를 기록하고 비교하는 기술적 연구가 중심이었다. MacArthur와 Wilson은 종 수를 서식지 면적, 이입률, 멸종률로 예측할 수 있다는 이론적 틀을 제시하여 이 연구를 예측 과학의 방향으로 옮겼다. 이 전환이 섬생물지리이론을 생태학 이론의 기초로 꼽는 이유이다.

섬은 이론을 검증하기에 적합한 조건을 갖춘다. 경계가 뚜렷하고 면적이 제한되어 있으며, 주변이 다른 환경으로 둘러싸여 있어 이입과 멸종을 추적하기 쉽다. 이 때문에 이론은 해양섬의 자료에서 출발했고, 이후 적용 대상은 섬이 아닌 곳으로 넓어졌다.

이론이 확장된 계기는 단편화된 서식지에 대한 관심이다. 산 정상의 고립된 식생, 호수, 숲의 잔존 조각, 인간이 바꾼 경관 속 자연 서식지도 주변과 격리된 섬처럼 볼 수 있다. 이 관점에서 보면 보호구역 설계는 면적과 거리의 문제가 된다.