박쥐는 나방을 잡아먹고 산다. 그런데 박쥐는 사람들이 들을 수 없는 음파를 발사하고 반사되어 되돌아오는 음파로 먹이의 위치를 찾아낸다. 이에 나방은 적이 내는 소리를 들을 수 있도록 특별한 귀를 가지고 있어 박쥐의 음파를 피할 수 있다.

이에 박쥐는 불규칙적인 음파를 발사하는 경로를 개발하여 나방을 혼란시켜 먹이를 사로잡는다. 그런데 나방은 이에 초음파를 방해하는 전파 장치를 개발하여 이를 방해하고 나선다. 이같이 약한 것은 죽지 않기 위해서 안간힘을 쓰고 있고 강한 놈은 자기먹이를 구하기 위해서 혈안이 되어 진화·발전하는 지구생태계에서 우리들은 살아가고 있다.

이와 같이 우리들이 살고 있는 생태계는 서로 생존을 위한 진화과정을 밟으면서 몸부림을 치고 있다.

이에 찰스 다윈이 그의 저서 ‘종의 기원’에서 “지구상에 살아남은 생물종은 강하거나 지혜로운 종이 아니라, 변화에 가장 잘 적응하는 종이다. 그런데 그것은 생물체의 의사와는 상관없는 자연환경의 선택에 의한 것이다”라는 진화론을 발표하였다. 결국 생물종의 운명은 자연환경에 의해서 좌우된다고 한다. 그렇다면 박쥐와 나방이의 진화 발전도 자연환경의 선택이라고 불 수 있겠는가? 이와 같이 지구생태계의 진화설은 아직까지도 풀리지 않는 수수께끼로 남아 있다고 할 것이다.

지구 생태계의 생물체는 생산자, 소비자, 분해자로 구분된다. 생산자는 작은 부유식물인 플랑크톤으로부터 거대한 수림까지의 모든 녹색 식물과 여러 종류의 박테리아다. 소비자는 생산자와 달리 스스로 영양을 생산하지 못하여 식물과 동물을 포식하는 초식동물, 육식동물, 잡식동물, 기생 동물 등이다.

분해자는 죽은 동식물체를 분해하는 박테리아. 곰팡이, 원생동물과 같은 미생물이다. 분해자에 의해서 분해된 무기물질들이 다시 생산자인 식물이 사용함으로써 물질순환에 의해서 지구생태계는 지속적으로 유지된다.

생태계는 생물 간의 먹고 먹히는 관계인 먹이사슬로 연결되어 있다. 예를 들면 토끼와 메뚜기 같은 1차 소비자는 생산자인 식물을 먹이로 삼고 있다. 이를 잡아먹는 초식동물, 육식동물들은 2차, 3차 소비자가 되어 한 종류의 동물이 여러 종류의 동물을 먹거나 또는 한 생물이 여러 종류의 동물에게 잡아먹히는 등 실제로 복잡하게 연결되어 있다. 마치 그물망과 같아 먹이 그물이라고도 한다.

이는 또한 지구생태계의 생물체들이 생존하기 위해서 이뤄지는 에너지의 이동단계라고 할 수 있다. 각 영양단계를 거칠 때마다 에너지는 약 80 -90%정도가 감소해 나간다. 또한 생물의 생물량도 줄어 영양단계를 하위에서 상위로 쌓아올리면 피라미드형이 되는데 이를 엘톤의 ‘생태 피라미드’라고 한다.

생물체에 저장된 에너지는 먹이사슬의 상위단계로 올라가면서 10% 정도만이 이용되며 나머지는 이용할 수 없는 열 등으로 손실된다. 예를 들어 태양으로부터 1,000칼로리의 열이 식물에 도달하면 식물에 저장되는 에너지는 100칼로리에 불과하다. 동물이 식물을 먹은 후에 동물에 남는 에너지는 다시 10칼로리로 줄어든다.

지구 표면에 식물의 양이 엄청나게 많은 데 비하여 초식동물의 양은 상대적으로 적고, 육식동물의 양은 또한 비례하여 아주 적다. 이러한 사실은 인류의 식량문제 해결에 중요한 열쇠가 된다.

즉 육식을 통하여 얻을 수 있는 에너지량은 초식을 통하여 얻을 수 있는 양의 10분의 1에 해당된다. 때문에 육식위주에서 초식위주로 전환할 때 식량부족문제를 상당부분 해결할 수 있다는 것이다.

먹이사슬에는 먹고 먹히는 관계와 유기물이 무기물로 분해하는 관계 2가지로 구분할 수 있다. 먹고 먹히는 관계는 포획성 먹이사슬로서 녹색식물이 초식동물에게 먹히고 이들은 더욱 강한 동물(육식동물)에게 먹히는 단계이다.

또한 분해하는 단계는 부패성 먹이사슬로서 유기물로부터 미생물 그리고 단계적으로 식물, 초식동물, 육식동물의 사체와 분해가 연속적으로 분해자에 의해서 이뤄지는 현상이다.

먹이사슬의 에너지는 한쪽 방향으로만 흐르게 된다. 따라서 먹이사슬의 각 단계는 에너지 면에서 바로 아래 단계의 생물에 전적으로 의존하고 있다.

인간은 초식동물 혹은 육식동물의 구실을 하지만 태양으로부터 식물에너지를 직접 합성할 수 없으므로 결국 인간은 식물로부터 필요로 하는 에너지를 얻는 셈이 된다.

녹색식물은 광합성을 통하여 당, 지방, 단백질과 같은 식품으로 이산화탄소를 동화한다. 이렇게 고정된 탄소의 일부는 생산자와 소비자의 호흡과정을 통하여 다시 이산화탄소로 변형되어 대기권으로 되돌아가게 된다.

또한 동식물의 사체에 들어 있는 탄소도 분해자의 호흡을 통하여 결국 대기권으로 되돌아가게 된다. 생산자인 식물들은 광합성을 통하여 고정된 만큼의 이산화탄소가 호흡으로 다시 대기권으로 방출되어 지구생태계는 평형을 유지할 수 있게 된다.

한편 생태 피라미드는 상위로 올라갈수록 오염물질의 체내 농축이 심해지는데 이를 생물농축이라고 한다. 모든 화학물질이 생물 농축현상을 일으키는 것은 아니다. 생물농축을 일으키는 물질은 중금속, 방사능 물질, DDT, PCB와 같이 자연현상에서 쉽게 분해되지 않는 물질이다. 이런 물질은 호흡이나 배설을 통하여 극히 일부분만 체외로 배출되고 대부분 생물의 체내에 축적되어 농축현상이 일어난다.

대부분 먹이사슬은 상부로 올라갈수록 축적된 오염물질에 의한 피해가 커지는 경향이 있다. 즉 인간은 생태계의 최고의 포식자로서 각종 어패류나 육류를 통하여 고농축 환경오염물질을 섭취하게 된다. 따라서 환경오염의 피해를 가장 많이 받게 되어 인류는 자신의 건강을 위해서 깨끗한 지구환경을 유지시켜 나가야 한다.

1859년, 찰스 다윈 (1809~1882)이 ‘종의 기원’ 이라는 저서를 통해 “모든 생명체는 자연의 선택과정에 따라 진화한다.”는 진화론을 발표하였다. 자연선택이란 자연계의 조건에 적응하는 생물은 생존하고 그렇지 못한 생물은 저절로 사라지는 적자생존을 의미한다. 즉 지구상에 살아남은 생물종은 강하거나 지혜로운 종이 아니라, 변화에 가장 잘 적응하는 종이라는 것이다. 그런데 그것은 생물체의 의사와는 상관없는 자연환경의 선택이라는 것이다.

지구환경이 변화하면 이에 적응하기 위해서 생물체도 변이를 일으킨다. 이것은 생물체의 의지와는 관계없이 지구환경의 선택에 의해서 결정된다는 것이다. 생물체가 자연환경에 따라 변화하는 변이에는 유전적 영향을 받는 유전변이와 환경에 영향을 받는 환경변이 그리고 완전히 새로운 변이로 나타내는 돌연변이가 있다. 일반적으로 부모가 가지고 있는 형질을 이어받는 유전변이는 멘델의 유전법칙에 따라서 어느 정도 예측이 가능하다. 그렇지만 주변 환경 변화에 따라서 얻어지는 환경변이는 사실상 예측이 불가능한 것이다.

1865년 멘델은 완두콩 실험을 통하여 생물체의 유전에 관한 멘델의 법칙을 발견하였다. 즉 키가 큰 완두콩과 키가 작은 완두콩을 서로 분리해서 키가 큰 것은 큰 것대로 따로 키우고 작은 것은 작은 것대로 따로 키웠다.

키가 큰 완두콩끼리만 서로 교배시켰지만 키가 큰 것과 작은 것, 중간 키의 완두콩이 나와 키가 큰 완두콩과 작은 완두콩의 비율이 3대 1로 나타났다. 키가 큰 완두콩일지라도 겉으로 나타나는 우성인자와 겉으로 나타나지 않은 열성인자를 동시에 보유하고 있다. 그렇지만 몇 세대 후에는 무조건 키가 큰 종자와 무조건 키가 작은 종자를 얻는데 성공하여 모든 생물체는 부모의 형질을 그대로 유전되는 유전 법칙이 발표되었다.

한편 물새는 물갈퀴가 달린 발가락을 갖고 있어 손쉽게 수영을 할 수 있다. 그런데 펭귄은 날개가 점차 퇴화되어 결국에는 작아져서 사용할 수 없게 되었다. 그렇다면 물새에게 물갈퀴가 왜 생기게 되고 펭귄 날개는 왜 점차 퇴화된 것일까?

이에 프랑스의 생물학자 장바티스트 라마르크 (Jean-Baptiste Lamarck)는 “모든 생물들은 환경에 대한 적응력이 있어 자주 사용하는 기관은 더욱 발달하고 사용하지 않는 기관은 퇴화된다.”는 용불용설(用不用說)이라는 생물진화론을 발표하였다. 이는 생물이 살아있는 동안 환경에 적응한 결과로 획득한 형질(획득 형질)이 다음 세대에 유전되어 진화가 일어난다는 주장이었다. 하지만 멘델의 유전법칙이 발표되면서 획득 형질은 유전되지 않는다는 것이 밝혀졌다면서 라마르크의 용불용설은 오류라고 여겼다. 그렇지만 최근 나타난 후성유전학에서 라마르크의 주장이 완전히 틀린 것은 아니라는 의견이 조심스럽게 나오고 있다.

후성유전학은 DNA의 염기서열이 변화하지 않은 상태에서 이루어지는 유전자라고 할지라도 다음 세대에게 유전될 수 있다고 한다. 즉 DNA 염기서열이 변하지 않아도 2~ 3세대 정도 대를 이어 유전될 가능성도 있다는 것이다. 그래서 다음 세대에 전해지면서 점진적인 변화를 이끌어내고 있어 라마르크의 용불용설을 부분적으로 인정하고 있는 셈이다.

어린 오랑우탄의 경우 공격적인 수컷들과 함께 자란 경우 어린 오랑우탄 수컷은 2차 성징에 이르지 못하고 성적발육을 멈춘다는 사실이 실험을 통하여 확인되었다. 즉 ‘교육- 학습- 선택- 문화적 제도’ 등 매개를 통한 환경적 변이도 분명히 다음 세대로 전달된다는 것을 알 수 있다. 그래서 인간을 비롯한 영장류의 많은 고정적 행동양식들은 역설적으로 학습이라는 단계를 거쳐 다음세대에 유전된다는 사실을 알 수 있다.

이런 다윈의 진화론이 후대에 끼친 영향은 막대했다. 애초 다윈은 자연도태만을 강조한 것이 아니었지만 결과적으로 자연도태는 약육강식을 정당화하고 시장경제의 빈익빈 부익부를 정당화했다고 토마스 쿤의 주장도 나왔다. 결과적으로 진화론은 시장논리가 지배되는 현대 자본주의의 약육강식이라는 공식에 의해서 자연도태되는 것을 설명하는 도구로 활용되고 있다.