인구 에콜로지와 환경 프로젝트 윤리

인구 생태학 (population ecology)은 환경 프로젝트 윤리를 구상할 때 매우 중요하다. 개체군(population)은 특정 공간을 차지하는 생물군집(biotic community)의 일부이며 이안에서 살아가는 동일 종의 유기체 집단이다.

 

환경이 무한정일 때 (공간, 음식, 또는 다른 유기체가 제한 효과를 미치지 않을 때), 특정 성장률(개체당 인구 성장률)은 기존의 미크로 기후 조건에서 일정하고 최대치가 된다.

 

이러한 유리한 개체군 조건에서 성장률.특정 인구 연령은 환경구조를 특징짓고 인구가 성장할 수 있는 잠재력을 나타내는 지표들이 된다.

 

자연에서 개체군은 종종 충분한 음식과 군집 효과, 적, 기타 요인이 없을 때 단기간 동안 기하급수적으로 성장하여 "호황과 불황" 패턴을 형성한다. 이러한 조건에서, 전체 인구는 엄청난 속도로 확장하지만, 각 개체는 이전과 같은 비율로 번식한다. 다시말해 특정 성장률은 일정하다. 플랑크톤 폭발, 해충 발생, 또는 새로운 배양 배지에서 박테리아 성장은 성장이 대수적으로 일어날 수 있는 실례를 보여준다. 이러한 기하급수적인 증가는 오래 지속될 수 없으며 결코 실현되지 않는다.

 

인구 내 상호작용과 외부 환경 저항은 곧 성장 속도를 늦추고 다양한 방식으로 인구 성장 형태를 형성하는 데 기여한다. 인구 생택학은 셍물 군집안에서 개체군 생태학의 활동을 넘어서 자연환경에 영향을 미치는 인구 에콜로지를 고려한다. 인구 생태학에서 유전자 풀과 환경요인은 매우 중요하다.

 

유전자 풀과 환경

 

드보잔스키는 진화를 유전자 풀 안에서 대립 유전 변이들의 빈도수에서 나타나는 변화로 정의했다. 집단 유전학에서 유전자풀이 부각되고, 집단내에 개체가 많이 번식할 수록 유전자가 자손에게 유리하게 유전된다.

 

리차드 도킨스는 개체군의 유전자를 일반적으로 유전자 풀로 간주한다. 유전단위를 독립입자로 제시한 사람은 멘델이며, 유전자는 세대를 거치면서 다른 유전자와 섞이지 않고 이어지는 다이어몬드와 같은 불멸의 존재이다 (<이기적 유전자>, 68).

 

유전자는 자연선택의 실제단위이다. 집단에서 유전자는 여러 변이를 가지고 있다. 유전자의 변이를 대립 유전자 (allele)로 볼 수 있고, 집단내의 모든 대립 유전자의 집합은 유전자 풀이다. 유전자는 생존하는 동안 유전자 풀 안에서 대립 유전자와 경쟁한다.

 

그러나 도킨스는 유전자 입자주의에 빠져 유전자에 영향을 미치고 규제하는 세포의 네트워크와 유기체의 외부환경을 간과했다. DNA가 대립 유전자와 경쟁하는 것이 아니라, 유기체가 대립 유기체와 경쟁하거나 협력하며 또한 환경과 상호작용을 한다.

 

개체군 유전학(population genetics)은 소규모에서 일어나는 점진적인 진화 (미크로 진화)에 주목하고, 대립 유전자 변이의 빈도수와 세대를 거처 나타나는 누적된 변화를 연구한다. 유전자 풀은 위계질서에 의해 나누어지며, 같은 종의 유전형질이 서로 짝짓기를 할 경우 가장 잘 번식할 수 있다. 하위 수준에는 멘델적인 의미에서 교배의 종이 존재한다. 개인이 아니라 집단이 진화한다.

 

드보잔스키는 유전자 풀에서 역동적인 생태학적 무대를 부각시키고, 자연선택과 돌연변이를 그리고 유전자 평형과 집단 종의 이동 또는 유입등을 영구적인 환경의 동요에서 고려했다. 유전형질과 유기체의 표현형 사이에 역동적이며 변증법적인 상호작용이 존재한다. 도브잔스키의 유전자 풀은 다원적이며 민주적으로 개념화된다 (Genetics and Origin of Species, 2nd. 197).

 

재구성: 유전자 풀

 

유기체의 변이는 유전자의 변화와 표현형의 변화로 구분되는데, 전자는 DNA의 시퀀스 (ATGC)안에 코드화 되어있다. 후자는 유기체의 내부기관 (해부학)과 생리학 그리고 행동과 신체 발달에서 나타난다. 표현형의 변화는 배아의 모든 발생과 성장 그리고 경험에서 부터 출현하며, 이 모든 요소들이 유기체의 본질과 정체성을 만들어간다.

 

신다윈주의자들 특히 도킨스와 윌슨은 유기체의 표현형은 유전자의 무작위적 돌연변이로 변할 수 있다고 하지만, 이러한 생물학적 결정론은 다윈 자신의 입장과도 부합하지 않는다.

 

도킨스의 유전자풀 이론은 세포내의 피드백 루프에서 편집된 유전자가 어떻게 유기체의 표현형과 다각화를 초래하는 지 설명할 수 없다. 유전자 풀안에 보존된 코어과정이 있지만, 이것은 여전히 유기체의 환경의 역사에 의존된다. 환경에 의해 유전자풀은 변형될 수 있다.

 

세포의 오토포이에시스에서 나타나는 자율성과 창조성은 DNA가 주도하지도 않으며, 무작위적으로 자연선택을 언급할 수도 없다. 세포의 코어 보존 과정 (DNA 복제와 RNA전사 프로그램 그리고 단백질 번역과 합성 그리고 히스톤 변형과 크로마틴 리모델링 등)은 점진적으로 누적되면서 진화한 것이 아니다. 오히려 중지와 평형상태로 2억 년을 거처 인간의 삶에 혁신적 으로 설정된 세미구조(fine structure)다.

 

유전자의 변이는 일차적으로 세포내의 피드백 루프와 유기체의 생리학적 과정에서 조건지어진다. 유기체의 활동과 자연 환경과의 상호작용이 유전자 풀을 변화 시킨다. 이기적 유전자가 유전자 풀에서 일방적으로 생존 가능성을 성공적으로 갖지 않는다. 그런 유전자는 세포과정의 복잡성와 창조적인 매개안에 존재하지 않는다.

 

공진화와 자연선택

 

개체군(population)은 특정 공간을 차지하고 생물군집(biotic community)의 일부로 기능하는 동일 종의 유기체 집단으로 정의된다. 생물군집은 다시 말해, 정해진 물리적 서식지에서 공진화된 대사 변화를 통해 통합 단위로 기능하는 개체군의 집합체이다.

 

공진화는 생물 공동체의 유형이며, 유기체들간의 상호작용에서 유전자 정보의 교환이 적극적으로 일어나거나 부재하는 경우이다. 공진화는 종들간의 교배가 없이 생태학적 관계에서 일어나는 조인트 진화로 볼 수 있다. 이것은 식물과 초식동물이나 큰유기체와 소유기체간의 심비오시스 또는 기생충과 숙주 간에서 일어난다. 상호간의 선택적인 압력으로 인해 하나의 종의 진화는 다른 종의 진화에 의존된다. 나비와 식물의 공진화는 상호 혜택을 준다. 유전자 피드백은 공진화에서 사용되며. 이것은 개체군과 생물 공동체로 이어지며 생태계안에서 맥동으로 나타난다. 

 

다윈의 생존투쟁이나 적자생존은 '개'가 '개'를 잡아먹는 현실을 말하기보다, 많은 경우에 생존과 성공적인 재번식은 경쟁 보다는 합력과 공생에 기초한다. 자연 선택은 해로운 영향을 줄이거나 상호작용을 완전히 제거하는 경향이 있다. 

 

포식과 기생은 두 집단 간의 상호작용의 잘 알려진 예이다. 한 집단의 성장과 생존에 부정적인 영향을 미치고 다른 집단에는 긍정적이거나 유익한 영향을 미친다. 기생충-숙주 또는 포식자-피식자 집단이 소규모의 제한된 영역이나 중간 생태계에 도입되면 일반적으로 격렬하게  진동하며, 일정 확률로 멸종할 수 있다.

 

그러나 부정적인 효과는 상호작용하는 개체군이 상대적으로 안정된 생태계에서 공진화 역사를 가졌을 때 작아지는 경향이 있다.

 

기생과 포식에 대한 주제에 접근할 때 사람들은 박테리아든 촌충이든 기생 생물에 대해 자연적인 혐오감을 갖는다. 사람들은 종종 이러한 포식자들이 실제로 인간의 이익에 해로운지 여부를 확인하지 않고 다른 모든 포식자들을 비난하는 경향이 있다. "좋은 매는 죽은 매뿐이다"라는 생각은 매우 일반적인 생각이다.

 

객관적인 에코 접근방법은 개체 수준이 아니라 개체군 및 군집 수준의 조직에서 포식, 기생, 초식, 그리고 동종 억제 등을 고려하는 것이다. 포식자, 기생충, 그리고 초식자는 확실히 그들이 먹이로 삼거나 독성 화학 물질을 분비하는 개체들을 죽이거나 다치게 한다. 어느 정도는 이들의 표적 개체군의 성장률을 억제하거나 총 개체군 크기를 줄인다.

 

그러나 장기적인 공진화 관점에서 볼 때, 포식자들이 관계의 유일한 수혜자가 아니다. 포식자와 기생충은 초식성 곤충의 밀도를 낮게 유지하여 자신들의 먹이 공급원과 서식지를 파괴하지 않도록 돕는다. 동물 초식동물과 식물은 거의 상리공생적인  관계로 진화해 왔다. 초식성 곤충을 살충제로 배제하면 생물 공동체에서 개화 빈도와 식물 종 조성에 큰 변화가 일어난다

 

생태계가 충분히 안정적이고 공간적으로 다양하여 상호 적응을 허용할 경우, 부정적인 상호작용이 시간이 지남에 따라 덜 부정적으로 변한다. 유전자 선택을 통해 두 집단이 훨씬 더 안정적인 평형 상태에서 공존할 수 있는 생태적 맥동이 진화한다.

 

집단의 유전자 풀은 생태계의 양상성과 맥동을 통해 각각의 세대마다 재구성 될 수 있다. 인접한 로컬 집단들 사이에 절대적인 장벽은 없다. 유전자풀 사이에 흐름과 변화가 나타난다. 유전자 부동 (genetic drift)--유전자들의 이동경향 또는 흐름--이외에도 로컬 집단의 유전자풀 안에서 돌연변이와 자연선택 그리고 환경에 의한 변이와 유전이 있다.

 

도킨스와는 달리 유전자 풀에서 대립 유전자와 경쟁하는 유전자가 반드시 이기적이라야 생존하는 것이 아니다. 유전자 풀에서 결정적인 것은 유기체와 환경의 역동적 관계를 통해 유기체는 서식처를 구성해 나간다. 환경 역시 유기체의 삶에 영향을 미치는 변증법적 관계로 들어간다.

 

개체 생태학에서 중요한 요인들은 상위에서 하위로 (포식자에 의해)--탑다운 방식--또는 하위에서 상위로 (자원에 의해)--보텀 업 방식--, 또는 두 가지 요인들에 의해 상호적으로 발생할 수 있다. 여기서 중요한 것은 자연의 맥동 패러다임 (유진 오덤) 이다. 메가 사이클이 여러 개체군의 특징적인 과장된 밀도 맥박일 수가 있다. 생물학적으로 기반한 내재적 맥박이 외부적이고 물리적으로 기반한 맥박과 조화될 때 최대 밀도가 달성된다.

생물학적인 사항들을 고려한 후, 인구 조절이라는 더 일반적인 과제를 고려할 수 있다.

 

물리적으로 제어된 생태계와 자가 조절 생태계를 대조하는 것은 임의적이며 과도하게 단순화된 모델을 생성하지만, 이는 의미가 있다. 특히 지난 세기 대부분 동안 생태계는 인간의 관리가 필요한 시스템으로 대체하는 데 집중해 왔다. 

 

생태학에 기반한 해충관리 기술

 

물리와 화학적 제어의 비용(에너지와 돈 모두)이 증가하고, 해충의 살충제 저항성이 높아지며, 식품, 물, 공기 중의 유독 화학 부산물이 더 큰 위협이 된다. 통합 해충 관리(IPM)가 시행되지만 생태학에 기반한 해충 관리라는 새로운 영역에 대한 관심이 증가하고 있다. 이러한 관리는 농업과 산림 생태계에서 자연적이고 밀도 의존적인 생태계 수준의 통제를 재설립하려는 노력을 포함한다. 

 

이것은 말라리아를 죽이기위해 유전자롤 조작한 인공 모기를 만들어서 생태계에 뿌리는 크리스퍼(CRISPR) 유전체 편집기술을 위험하게 본다. 크리스퍼 유전자 가위 (CRISPR-Cas9)를 이용해 말라리아 매개 모기 유전자를 말라리아 저항 유전자로 편집할 경우, 말라리아를 전파하는 모기는 없어진다. 말라리아 감염자가 94%가 되는 아프리카에 희소식이 될 수 있다. 더 나아가  유전자 기술을 이용해 아예 불임 모기 유전자를 만들고 모기에 심어버리는 유전자 드라이버(gene drive)를 시도할 수 있다. 

 

유전자 불임 모기를 통해 모기 개체군이 사라지면 말라리아를 퇴치할 가능성이 있지만, 이것은 생태계의 항상성과 맥동의 관계를 교란하고, 이것이 어떻게 다른 생물 시스템을 붕괴시키고 생물의 종 다양성을 훼손할 지 예측할 수 없다. 

 

아프리카의 경우 침투모기 (Anopheles stephensi)가 말라리아의 주범으로 파악되며, 이것이 확대되지 않도록 통합연구를 통해 콘트롤 하는 게 시급해진다. WHO가 침투모기 통제를 위하여 글로벌 통합연구 내트워크를 작동하는 것은 바람직하다  

 

미국의 경우 수백만의 사람들이 습지근처에서 살며, 습지에 대한 생태학적 관리는 주변에 서식하는 수 많은 야생의 연결망에 영향을 미친다. 애코독성학 (ecodoxiology)은 독성화학이 유기체들, 특히 개체군과 생물공동체, 그리고 생태계 그리고 생물권에서 미치는 영향을 연구한다. 이것은 다학제적 연구이며, 모든 다른 환경조요인들에서 나타나는 공해를 검토하고 방지한다.    

 

그런가하면 생태 생물관리는 모기들을 퇴치할 때 양서류와 식물의 보호에 주목한다  감부시아 물고기는 장구벌레를 먹기 때문에 모기의 천적이 되며 이용될 수 있다. 이 물고기는 택사즈 주 산 마르코스 스피링에서만 발견된 어종인데 서식지 인근에 뿌려진 제초제로 인해 수질이 오염되 거의 멸절되다시피 했다. 이러한 모기어류는 자기 몸의 7배가 되는 모기유충을 잡아먹는다. 호수와 습지에 모기어류가 방생될 수 있다  (Ecologically Sound Mosquito Management Westlands).

 

환경 프로젝트 윤리를 위해 생물 공동체에서 일어나는 공진화와 에코통합연구와 관리는 매우 중요하다. 네크노 돌봄 시스템은 공진화의 관계에서 드러나는 맥동에 주의해야 한다. 생태학에 기초한 통합 해충관리는 모기를 통제하는데 나타나는 위기와 혜텍을 고려해야한다. 이것은 인간 문명의 성장제한을 필요로 하며, 사회와 생태 시스템 사이의 공공선 거버넌스를 중요한 정책으로 부각시킨다.