정답
A는 피식자이며, (가)의 구간 Ⅲ에 해당하는 (나)의 구획은 ③이다. 구간 Ⅲ에서는 먹이였던 피식자가 크게 감소하여 피식자와 포식자 모두 개체수가 감소하고, 주기매미의 성체 밀도가 단기간에 급격히 증가하는 것은 한꺼번에 대량으로 출현하여 포식자들이 포만 상태가 되도록 함으로써 개체당 포식 위험을 낮추기 위해서이다.
출제 의도
포식자–피식자(로트카–볼테라) 모형에서 포식자와 피식자의 개체수 변동 관계를 해석하고, 시간에 따른 개체수 그래프와 상(phase) 궤도를 서로 대응시키는 능력을 평가한다. 또한 주기매미의 동시 출현이 포식자 포만(satiation)에 의한 방어 전략임을 설명할 수 있는지를 묻는다.
풀이 과정
(가)에서 A의 개체수는 먼저 증가하여 최대값에 이른 뒤 감소하고, 일정 시간이 지난 뒤에야 B의 개체수가 증가하여 최대값에 이른다. 일반적인 포식자–피식자 관계에서 피식자가 먼저 증가하고 그 뒤를 따라 포식자가 증가하므로, A가 피식자, B가 포식자에 해당한다.
(가)의 구간 Ⅲ에서는 피식자의 개체수가 이미 많이 줄어든 상태에서 계속 감소하고, 포식자의 개체수도 정점을 지난 후 감소하는 구간이다. 이를 포식자 수(y축)와 피식자 수(x축)로 나타낸 상궤도 (나)에서 보면, 피식자와 포식자 모두 감소하는 방향(좌하 방향의 화살표)으로 진행되는 부분이 구획 ③이므로, 구간 Ⅲ에 해당하는 구획은 ③이다.
구간 Ⅲ에서와 같이 피식자 개체수가 줄어들면 먹이 자원이 부족해져 포식자도 충분한 에너지를 얻지 못하므로 포식자의 번식률이 떨어지고 사망률이 높아져 포식자 개체수 역시 감소한다. 따라서 피식자와 포식자 모두 개체수가 감소하는 개체군 변동이 일어난다.
(다)에서 주기매미 성체의 밀도는 일정 시기에 매우 짧은 기간 동안 급격히 증가한 후 빠르게 감소한다. 이는 매미가 성체로 한꺼번에 대량 출현하면 포식자들이 짧은 시간 안에 먹이를 많이 섭취하여 포만 상태가 되고, 그 이후에는 더 이상 많은 개체를 잡아먹지 못하기 때문이다. 따라서 개체당 포식당할 확률이 크게 낮아져 더 많은 매미가 생존하게 되며, 이런 포식자 포만 효과를 극대화하기 위해 성체가 동시에 대량으로 출현하도록 진화한 것이다.
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