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- 1970년대 초에 제시된 크기 스펙트럼 이론. 바다에서는 스펙트럼 이론을 따르는 것 같다.
- 육지는 극단이 우세, 즉 큰 것들과 작은 것들. 인간은 약 3억 9천만 톤으로 1위를 차지
- 지구상의 작은 생물과 거인의 바이오매스 점유율로 측정하면 인간은 하찮은 존재

지구상 생명체는 XXS와 XXL을 선호
대부분의 바이오매스는 미세하고 매우 큰 유기체가 지배한다.

놀라운 발견: 

우리 지에는 작은 생물체와 거대한 생물체가 우세하다. 한 연구에서 현재 밝혀진 바와 같이 이 두 극단 크기가 지구 바이오매스의 대부분을 구성한다. 특히 육지에서 극한의 이 명백한 우세는 유기체의 크기 스펙트럼에 대한 현재 이론과 모순된다. 이유는 불분명하다. 흥미로운 점은 곰팡이, 나무 또는 해양 포유류와 같은 다양한 그룹의 가장 큰 대표자는 모두 무게가 비슷하다는 것이다. 

▲ 다양한 크기 등급의 생물체의 바이오매스 분획. 나무, 풀 군집, 망고브와 같은 큰 유기체가 지배적이며 지하 미생물과 같은 작은 유기체도 마찬가지다. © Tekwa et al./ PLoS ONE, CC-by 4.0

지상 환경은 무게가 10조분의 1g에 불과한 나노박테리아부터 흰긴수염고래, 자이언트 세쿼이아 또는 일부 균류의 지하 균사 네트워크와 같은 무게가 몇 톤에 달하는 자이언트에 이르기까지 다양한 크기의 엄청난 유기체를 포함하고 있다. 언뜻 보기에 큰 유기체보다 작은 유기체가 훨씬 더 많다. 예를 들어, 인간 한 명당 약 250만 마리의 개미가 있고, 대륙의 하층토에만 10만 조 개의 미생물이 살고 있다.

크기 스펙트럼 이론이 맞을까?

바이오매스는 어떠할까? 지금까지 과학자들은 생활 환경이 1970년대 초에 제시된 크기 스펙트럼 이론이라는 명확한 수학적 법칙을 따른다고 가정했다. 이에 따르면 유기체의 각 크기 등급은 전 세계적으로 거의 동일한 양의 바이오매스를 포함한다. 생물이 클수록 표본 수가 적다. 이 공식은 2021년에 연구자들이 결정한 바에 따르면 바다에 사는 동물들에게도 맞는 것 같다.

그러나 크기 스펙트럼 이론이 전체 지상 환경에도 적용되는지 여부는 지금까지 추측에 불과했다. 브리티시 컬럼비아 대학교의 Eden Tekwa가 이끄는 연구원들이 처음으로 이를 종합적으로 조사했다. 5년 동안 그들은 깊은 생물권의 고세균에서 육상 유기체, 물과 공기의 생물에 이르기까지 다양한 유기체 그룹의 빈도, 신체 크기 및 바이오매스에 대한 데이터를 수집했다.

▲ 그림 1. 전 세계 신체 크기 바이오매스 스펙트럼. A. 그룹 내 바이오매스 및 신체 크기 오류 분포에 대해 1000개의 부트스트랩에서 생물학적 그룹에 걸쳐 누적된 95% 신뢰 한계(검은색 점선)를 사용하여 신체 크기의 함수로서 로그 크기당 중간 탄소 바이오매스(로그 스케일). 그룹은 로그 스케일에서 가시성을 위해 맨 아래에서 가장 작은 것부터 위에 가장 큰 것까지 구성되었다(그룹 ID의 색상 범례에서 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 정렬됨). 그룹 바이오매스는 쌓이므로 각 그룹의 바이오매스는 상단 y축 위치에서 하단 y축 위치를 뺀 값으로 표시(상단 y축 위치만 표시되지 않음). B. 선형 바이오매스 스케일의 중간 바이오매스. 신뢰 한계는 선형 척도에서 중앙값 패턴을 가릴 정도로 크기 때문에 여기에 표시되지 않음.(출처:관련논문

극단이 지배한다.

놀라운 결과는 바이오매스가 유기체의 크기 등급에 걸쳐 고르게 분포되어 있지 않다는 것이다. 대신 극단이 지배한다. Tekwa와 그의 연구팀은 "박테리아와 고세균과 같은 약 10억 분의 1그램의 작은 유기체와 약 10톤의 큰 유기체는 바이오매스 측면에서 중간 크기의 유기체를 훨씬 능가한다"고 보고했다. 따라서 크기 등급에 걸친 바이오매스의 분포는 U와 유사한 두 피크 곡선과 유사하다.

Rutgers University의 공저자 Malin Pinsky는 "인생은 주로 가장 작은 패키지 크기와 가장 큰 패키지 크기로 제공된다. 이는 우리를 정말 놀라게 했다"고 말했다. "우리는 종종 모기, 파리 또는 개미가 세상을 지배하는 것처럼 보이지만, 우리의 계산에서 우리 세상이 대신 미생물과 나무에 의해 지배된다는 것을 발견했다"며 Tekwa는 다음과 같이 덧붙였다. “지금까지 이것을 설명할 수 있는 이론은 없었다.”

육지와 바다의 차이점

분석은 또한 육지와 해양의 바이오매스 분포가 다르다는 것을 밝혀냈다. 따라서 극단의 우세는 육상 유기체에서 훨씬 더 두드러진다. 반면에 바다에서는 생물계가 고전적인 크기 스펙트럼 이론을 따르는 것 같다. Tekwa와 그의 동료들은 이것이 주로 식물 세계의 차이 때문이라고 생각한다. 바다에는 나무의 크기와 질량과 같은 식물이 거의 없다.

또한 흥미로운 점은 모든 유기체 그룹의 가장 큰 대표자를 보면 다른 모든 차이점에도 불구하고 체중이 같은 범위에 있다는 것이다. 가장 무거운 나무 종, 곰팡이 네트워크, 맹그로브, 해양 포유류 또는 암초 산호는 거의 무게가 약 수십 톤. "이것은 생태학적, 진화적 또는 생물물리학적 장벽에 의해 부과된 보편적인 상한선이 있음을 나타낼 수 있다"고 Tekwa는 말했다.

▲ 그림 3. 서식지 영역별 신체 크기 바이오매스 스펙트럼. 설명은 그림 1 캡션을 참조하십시오. A. 지상파. B. 마린. 지하 원핵생물은 제외된다. 얇은 회색 곡선은 전체 생물 군계의 중간 누적 로그 바이오매스다. (출처: 관련논문)

그리고 인간은?

우리 인간은 어떨까? 신체 크기의 범주에서 우리는 이미 큰 유기체에 속한다. 육상 포유류 중에서 인간이 약 3억 9천만 톤으로 1위를 차지했다고 최근 연구팀이 밝혔다. 그러나 지구상의 작은 생물과 거인의 바이오매스 점유율로 측정하면 우리는 말 그대로 하찮은 존재다.

이것은 우리가 다른 모든 육상 유기체의 운명에 불균형적으로 간섭하고 있다는 사실을 바꾸지 않는다. "예를 들어 모든 물고기의 바이오매스는 인간이 도착하기 전 크기의 절반에 불과하다." 자연의 현재 상태를 최대한 정확하게 기록하는 것이 과거와 미래의 변화를 인식할 수 있는 유일한 방법이기 때문에 더욱 중요하다.

"키는 신진대사율에서 번식, 세대 시간에 이르기까지 모든 것에 영향을 미치는 생명의 기본 매개변수다"고 Pinsky는 말했다. "일반적인 신체 크기를 분류함으로써 우리는 또한 우리 주변의 세계를 더 잘 이해할 수 있다."
(PLoS ONE, 2023; doi: 10.1371/journal.pone.0283020 )
출처: 브리티시 컬럼비아 대학교, 러트거스 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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