(This rotifer species is common in freshwater lakes and ponds around the world and was used in the 10 year-long experiment on predator-prey relationships conducted at the University of Potsdam in Germany. Credit: Guntram Weithoff, University of Potsdam)
(The planktonic predator-prey communities were kept in flow-through cultures, so-called chemostats. The green colour indicates high algal prey concentration. When rotifer predators peak, the culture vessel becomes almost transparent. Credit: Guntram Weithoff, University of Potsdam)
과학 실험 기간은 실험 주제에 따라 천차만별이지만, 10년 이상 장기 프로젝트가 필요한 경우가 있습니다. 오랜 시간 인구 집단에서 질병 발생을 관찰하는 코호트 연구는 수십년이 걸리는 것이 보통이며 생물 진화를 관찰하는 연구 역시 수십 년 이상의 시간이 필요할 수 있습니다.
맥길 대학, 올덴버그 대학 및 포츠담 대학(McGill University and the Universities of Oldenburg and Potsdam)의 과학자들은 포식자와 피식자의 관계를 보기 위해 장시간에 걸쳐 독특한 연구를 진행했습니다. 연구팀은 단세포 광합성 생물인 조류 (algae)와 이를 잡아먹는 동물성 플랑크톤인 윤형동물 (rotifer) 을 하나의 배양 용기에 담아 개체수의 변화를 관찰했습니다. (사진)
조류가 증식해서 숫자가 늘어나면 이를 잡아먹는 윤형동물의 숫자도 따라서 같이 증가했습니다. 그러다가 포식자가 너무 많아지면 조류의 숫자는 줄어들게 됩니다. 결국 어느 시점에서 윤형동물 무리는 기아로 죽어 숫자가 크게 줄어듭니다. 그리고 다시 포식자가 줄어든 조류의 숫자가 늘어납니다. 연구팀은 10년에 걸쳐 300 세대의 포식자가 교체되면서 50회의 사이클을 겪는 것을 확인했습니다.
이런 사이클은 수학적 모델과 부합되게 규칙적이지만, 특별한 이유 없이 혼동이 오거나 주기가 바뀔 수 있다는 것도 관찰했습니다. 물론 조류의 숫자를 급격히 늘릴 수 있는 영양 물질 공급 등 외부 요인이 있으면 이 사이클은 얼마든지 변할 수 있습니다. 이번 연구는 자연적으로 관찰할 수 있는 개체 수 변화를 실험을 통해 테스트하고 예측할 수 있는 모델을 만들었다는데 의의가 있습니다.
아무튼 300세대에 걸쳐 하나의 실험 용기 안에서 수많은 시간을 함께한 포식자와 피식자가 어떻게 진화했는지도 궁금합니다. 인간으로 치면 1만년의 세월을 그들만의 세계에서 함께 하며 진화했을 것이기 때문입니다.
참고
Long-term cyclic persistence in an experimental predator–prey system, Nature (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1857-0 , https://nature.com/articles/s41586-019-1857-0
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