생태학

1장 생태학이란? 1
생태학의 개관 2
산새의 생태학: 야외 연구를 통한 이론의 검증 3
숲의 양분 수지: 자연자원조사와 대규모 실험 5
식생의 변화: 화분 기록으로부터의 정보와 모델링 7
생태학의 본성과 영역 8
증거를 찾아서 1: 과학적 방법―의문과 가설 9

단원1 자연사 11

2장 육상의 생명 12
육상 생물군계 14

2.1 큰 규모로 본 기후 변이의 유형 15
기온, 대기 순환 그리고 강수 15
기후도 17
증거를 찾아서 2: 표본 평균의 결정 19

2.2 토양: 육상 생물군계의 기초 20

2.3 생물군계의 자연사와 지리적 분포 21
열대우림 21
열대건조림 23
열대사바나 25
사 막 27
지중해성 목본림과 관목림 30
온대초원 32
온대림 34
북방림 37
툰드라 39
산: 하늘의 섬 41
적용: 기후 변이와 팔머 가뭄 지수 44

3장 물속의 생명 48

3.1 물 순환 49

3.2 수환경의 자연사 50
대 양 50
천해의 생물: 켈프 숲과 산호 정원 55
증거를 찾아서 3: 표본의 중앙값 결정 56
해안: 만조와 간조 사이의 생물 59
하구, 염습지 그리고 맹그로브 숲 63
강과 하천: 육지의 생명을 유지하는 피와 맥박 67
호수: 작은 바다 73
적용: 생물학적 온전성-수생 생태계의 건강성 평가 77

단원2 개 체 82

4장 온도 관계 83

4.1 미기후 84
고 도 85
사 면 85
식 생 85
바닥의 색깔 85
돌과 땅굴의 존재 85
수중 온도 86

4.2 온도와 생물의 활동 87
온도와 동물의 활동 88
증거를 찾아서 4: 실험실에서의 실험 89
극한 온도와 광합성 90
온도와 미생물의 활동 91

4.3 체온 조절 92
열을 잃은 만큼 열을 얻기 92
식물의 온도 조절 93
외온동물의 온도 조절 96
내온동물의 체온 조절 97
열을 발생시키는 식물의 온도 조절 101

4.4 극한 온도에서의 생존 103
비활동성 103
대사율 줄이기 103
열대종의 동면 104
적용: 기후온난화와 육지 달팽이의 지역적인 절멸 105

5장 물 관계 110

5.1 물 이용도 112
공기 중 물의 양 112
수환경에서 물의 이동 113
토양과 식물 사이에서 물의 이동 114

5.2 육상에서의 물 조절 116
동물의 물 획득 117
식물의 물 획득 118
식물과 동물의 물 보존 120
증거를 찾아서 5: 표본 크기 121
유사한 방법으로 사막 생활에 적응한 서로 다른 생물들 124
사막 생활에 반대로 적응한 두 가지 절지동물 124

5.3 수환경에서 물과 염의 균형 128
해양어류와 해양 무척추동물 128
담수어와 무척추동물 129
적용: 식물이 흡수하는 물을 연구하기 위한 안정한 동위원소의 이용 131

6장 에너지와 영양 관계 135

6.1 에너지원 136
광합성 137
종속영양생물 141
화학합성 146

6.2 에너지 제한 148
광도와 광합성 반응곡선 148
먹이 밀도와 동물의 기능적 반응 149

6.3 최적섭식이론 150
최적섭식이론의 검증 151
식물의 최적섭식 152
증거를 찾아서 6: 데이터의 변이 (분산 분석) 154
적용: 생물환경정화-환경문제를 해결하기 위한 세균의 영양 다양성 이용 155

7장 사회적 관계 159

7.1 짝 고르기 162
구피의 짝 고르기와 성 선택 162
밑들이의 짝 고르기 166
야생 무의 작위적인 교배 169

7.2 사회성 171
협동 양육 172
증거를 찾아서 7: 산포도와 변인 사이의 관계 175

7.3 진정사회성 177
진정사회성 종 177
진정사회성의 진화 179
적용: 행동생태학과 보존 181

단원3 개체군 생태학 185

8장 개체군 유전학과 자연선택 186

8.1 개체군 내에서의 변이 189
식물 개체군에서의 변이 189
동물 개체군 내에서의 변이 192

8.2 하디-바인베르크 195
유전자 빈도 계산 195
8.3 자연선택의 과정 197
안정화 선택 198
방향성 선택 199
분단성 선택 199

8.4 자연선택에 의한 진화 199
자연선택과 유전자 변이에 의한 진화 199
증거를 찾아서 8: 회귀분석을 이용한 유전력의 추정 200
이주한 도마뱀의 적응 변화 201
새로운 숙주 식물에 대한 무환자나무벌레의 빠른 적응 202

8.5 우연에 의한 변화 204
치후아후아가문비나무(Chihuahua Spruce)에서 유전자 부동의 증거 204
섬 개체군에서의 유전자 변이 205
유전자 다양성과 나비의 절멸 206
적용: 개체군에서 유전자 변이의 추정 207

9장 개체군의 분포와 풍부도 212

9.1 분포의 제한 214
캥거루의 분포와 기후 214
추운 기후의 길앞잡이 215
습도-온도 기울기에 따른 식물의 분포 216
조간대 노출 정도에 따른 따개비의 분포 218

9.2 소규모에서의 분포 유형 219
규모, 분포 그리고 기작 219
열대 야생벌 군체의 분포 219
사막 관목의 분포 220

9.3 대규모에서의 분포 유형 222
증거를 찾아서 9: 집중, 임의, 규칙분포 223
북아메리카에서의 새 개체군 223
수분 기울기에 따른 식물 분포 225
9.4 생물의 크기와 개체군 밀도 226
동물의 크기와 개체군 밀도 226
식물의 크기와 개체군 밀도 227
적용: 희귀성과 절멸위기 228

10장 개체군 동태 233

10.1 분 산 235
확장하는 개체군의 분산 235
기후에 따른 분포 범위의 변화 236
먹이 공급의 변화에 따른 분산 237
강과 시내에서의 분산 238

10.2 메타개체군 239
고산지대 나비 메타개체군 240
작은황조롱이 메타개체군 내의 분산 241

10.3 생존 유형 242
생존 유형 추정하기 242
높은 유년기 생존율 242
일정한 생존율 243
유년기의 높은 사망률 244
생존곡선의 세 가지 유형 245

10.4 연령분포 245
안정하거나 쇠퇴하는 나무 개체군 246
다양한 기후에 따른 개체군 동태 247

10.5 개체군 변화의 비율 247
한해살이 식물의 비율 예상하기 248
세대가 겹칠 때의 비율 예상하기 249
증거를 찾아서 10: 가설과 통계학적 유의성 251
적용: 개체군 동태를 이용한 오염물질 영향 평가 252

11장 개체군 성장 256

11.1 기하적 개체군 성장과 지수적 개체군 성장 257
기하적 성장 258
지수적 성장 259
자연에서의 지수적 성장 259

11.2 로지스트형 개체군 성장 261

11.3 개체군 성장의 제한 263
환경과 갈라파고스핀치의 탄생과 죽음 264
증거를 찾아서 11: 개체군에서 대립 표현형의 빈도 265
적용: 인간 개체군 268

12장 생활사 273

12.1 자손 수 대비 자손 크기 275
어류의 알 크기와 수 275
식물에서의 종자 크기와 수 277

12.2 성체의 생존과 생식 할당 281
종 사이에서 생활사의 다양성 281
종 내에서의 생활사 차이 283

12.3 생활사의 분류 285
r 선택과 K 선택 285
식물의 생활사 286
증거를 찾아서 12: 분포 유형에 대한 통계적 검증 287
기회주의적 생활사, 평형 상태의 생활사 그리고 주기적 생활사 288
생식노력, 자손의 크기와 이익-비용 비율 290
적용: 강 주변의 숲을 복원하기 위한 생활사 정보의 이용 292

단워4 상호작용 297

13장 경 쟁 298

13.1 종내 경쟁 300
식물에서의 종내 경쟁 300
멸구들 사이의 종내 경쟁 301
육상 등각류 사이의 간섭경쟁 302

13.2 생태적 지위 302
갈라파고스 핀치의 섭식 생태 지위 303
염습지 초본의 서식지에 대한 생태적 지위 305

13.3 수리 모델과 실험 모델 306
종간 경쟁의 모델링 306
경쟁의 실험 모델 308

13.4 경쟁과 생태적 지위 309
식물 사이의 생태적 지위와 경쟁 309
따개비 사이에서 생태적 지위의 중복과 경쟁 310
경쟁과 염습지 초본의 서식지 312
경쟁과 작은 설치류의 생태적 지위 312
형질 치환 314
자연에서의 경쟁에 관한 증거 315
증거를 찾아서 13: 야외 실험 316
적용: 고유종과 외래종 간의 경쟁 317

14장 착취적 상호작용: 포식, 초식, 기생 그리고 질병 321

14.1 복잡한 상호작용 322
숙주의 행동을 조절하는 기생충과 병원체 323
경쟁과 착취의 복잡한 얽힘 325

14.2 착취와 풍부도 327
초식성 수서곤충과 먹이인 조류 327
도입된 선인장과 초식 나방 329
병원성 기생충, 포식자와 그들의 피식자 330

14.3 동 태 331
눈신토끼와 포식자의 풍부도 순환 331
증거를 찾아서 14: 평균의 표준 오차 332
먹이와 포식자의 영향에 대한 실험적 검증 334
개체군 순환에 대한 수리 모델과 실험실 모델 335

14.4 은신처 337
수리 모델과 실험실 모델에서의 은신처와 숙주의 지속성 338
피착취자와 그들의 여러 가지 ‘은신처’ 339
적용: 포식자를 이용한 기생충 조절 344

15장 상리공생 348

15.1 식물의 상리공생 350
식물의 생장과 균근균 350
개미와 쇠뿔아카시아 353
온대 식물의 보호 상리공생 356

15.2 산호의 상리공생 358
황록공생조류와 산호 359
산호의 보호 상리공생 359

15.3 상리공생의 진화 361
증거를 찾아서 15: 신뢰구간 363
조건적 개미-식물 보호 상리공생 364
적용: 상리공생과 인간 365

단원5 군집과 생태계 370

16장 종풍부도와 다양성 371

16.1 종풍부도 373
대수정규분포 373

16.2 종다양성 374
종다양성의 정량화 지수 375
순위풍부도 곡선 375

16.3 환경 복잡도 376
증거를 찾아서 16: 군집 내 종의 수 추정 377
숲의 복잡도와 새의 종다양성 378
생태적 지위, 이질성, 조류와 식물의 다양성 379
조류와 육상식물의 생태적 지위 379
식물 서식 환경의 복잡도 380
토양과 지형의 이질성과 열대림 수목의 다양성 381
조류 및 식물의 종다양성과 양분 가용성의 증가 381
질소 축적과 외생균근균의 다양성 382

16.4 교란과 다양성 383
평형 상태의 성질 383
교란의 성질과 원인 383
중간교란가설 383
교란과 조간대의 다양성 384
온대초원의 교란과 다양성 384
적용: 인간에 의한 교란 386

17장 종간 상호작용과 군집 구조 392

17.1 군집의 먹이그물 393
자세한 먹이그물은 고도의 복잡성을 보인다 393
강한 상호작용과 먹이그물 구조 395

17.2 핵심종 396
먹이그물 구조와 종다양성 396
불가사리를 제거하는 실험 396
조류 다양성에 대한 복족류의 영향 398
강의 먹이그물에서 핵심종인 어류 400
증거를 찾아서 17: 개체군 비교를 위해 신뢰구간 이용하기 403
도입 어류: 수생 먹이그물을 단순화시키는 포식자 403

17.3 외래 포식자 403

17.4 상리공생하는 핵심종 405
핵심종으로서의 청소물고기 406
핵심종으로서의 종자 분산 상리공생체 406
적용: 핵심종으로서의 인간 407

18장 1차생산과 에너지 흐름 412

18.1 육상에서의 1차생산 패턴 414
실증발산량과 육상에서의 1차생산 414
토양의 비옥도와 육상에서의 1차생산 415

18.2 물속에서의 1차생산 패턴 416
패턴과 모델 416
호수 전체를 대상으로 한 1차생산에 대한 실험 417
바다에서 1차생산의 지구적 경향 417

18.3 소비자의 영향 419
어식자, 플랑크톤 포식자 그리고 호수에서의 1차생산 419
세렌게티에서 대형 포유류의 초식 행동과 1차생산 422
증거를 찾아서 18: t-검정을 이용한 두 개체군 비교 423

18.4 영양단계 424
생태계에 대한 영양동태적 시각 424
온대 낙엽수림에서의 에너지 흐름 425
적용: 안정성 동위원소 분석을 이용한 생태계의 에너지 흐름 추적 427

19장 양분 순환과 보유 432
인의 순환 433
질소 순환 434
탄소 순환 435

19.1 분해 속도 436
지중해성 삼림 생태계에서의 분해 437
온대림 생태계에서의 분해 438
수생 생태계에서의 분해 440

19.2 생물과 양분 441
하천에서의 양분 순환 441
증거를 찾아서 19: 통계 검정을 위한 가정 442
육상생태계의 동물과 양분 순환 444
식물과 생태계의 양분 동태 445

19.3 교란과 양분 447
허바드 브룩 실험림에서의 교란과 양분 손실 447
범람과 하천에 의한 양분 유출 448
적용: 수생 생태계와 육상 생태계의 변화 450

20장 천이와 안정성 454

20.1 천이 중에 일어나는 군집의 변화 456
글레이셔 만에서의 1차천이 456
온대림에서의 2차천이 457
조간대 바위에 서식하는 군집의 천이 458
하천에 서식하는 군집의 천이 459

20.2 천이 중에 일어나는 생태계의 변화 460
글레이셔 만에서의 생태계 변화 460
400만 년에 걸쳐 일어난 생태계 변화 461
교란 후 양분 보유력의 회복 463
천이와 하천 생태계의 특성들 464

20.3 천이의 기작 465
조간대 바위 지역에서의 천이 기작 466
숲에서 일어나는 천이의 기작 468

20.4 군집과 생태계의 안정성 469
용어 정의 469
파크 그래스 실험의 교훈 470
반복되는 교란과 사막 하천의 안정성 471
증거를 찾아서 20: 중앙값 주변의 변이 472
적용: 반복 사진촬영을 통해 장기적인 변화를 감지 474

단원6 대규모 생태학 478

21장 경관생태학 479

21.1 경관구조 481
오하이오에 위치한 6가지 경관의 구조 481
경관에 대한 프랙탈 기하학 483

21.2 경관과정 485
경관구조와 포유동물의 분산 485
서식지 조각 크기 및 고립과 나비 개체군의 밀도 486
서식지 이동통로와 생물의 이동 487
경관 위치와 호수의 화학적 특성 488
증거를 찾아서 21: 순위합검정을 이용한 두 표본의 비교 490

21.3 경관구조의 기원과 변화 491
지질학적 과정, 기후 그리고 경관구조 491
생물과 경관구조 493
화재와 지중해 경관의 구조 497
적용: 수변 경관의 복원 498

22장 지리생태학 504

22.1 면적, 고립 그리고 종풍부도 506
표본 조사 면적과 종의 수 506
섬의 면적과 종풍부도 506
섬의 고립과 종풍부도 508

22.2 섬생물지리학의 평형모델 509
섬에서의 종의 재편성 511
섬생물지리학에 대한 실험 512
새로 생긴 섬에서의 식물 정착 512
섬의 크기 조절하기 513
섬생물지리학의 최신정보 514

22.3 위도에 따른 종풍부도의 변화 514
면적과 종풍부도의 위도에 따른 변화 516
대륙의 크기와 종풍부도 517

22.4 역사적 영향과 지역적 영향 518
다양성의 예외적인 경향 518
증거를 찾아서 22: 표본 크기에 대한 재고려 519
역사적 설명과 지역적 설명 520
적용: 전 지구 위치 확인 시스템, 원격 탐사 그리고 지리정보시스템 522

23장 지구생태학 527
대기권과 온실 지구 528

23.1 지구계 530
역사적 맥락 530
엘니뇨와 라니냐 531
엘니뇨와 해양 개체군 532
엘니뇨와 그레이트솔트 호 533
엘니뇨와 호주에서의 육상 군집 535

23.2 인간 활동과 전 지구적인 질소 순환 536

23.3 피복의 변화 537
열대림의 개간 537
증거를 찾아서 23: 발견된 것의 발견 541

23.4 대기 구성에 대한 인간의 영향 542
오존층의 고갈과 회복 544
미 래 545
적용: 지구생태학을 위한 협력 연구 네트워크 546

부록 A 550
부록 B 554
부록 C 562

용어풀이 564
찾아보기 570