인간과 환경 Chap.2 생태계와 생물다양성

강의담당 : 김성욱

서 강 대 학 교

생태계의 구성원

1. 구성원의 공간 – 생태적 지위

: 물리적, 화학적, 생물적 조건과 다른 종으로부터 직접적인 경쟁을 피할 수 있다면 그 종이 사용할 수 있는 자원들과 잠재하는 모든 영역

: 군집 또는 생태계 내에서 생물종의 생활방식 또는 기능적 역할과 생물종 생존과 번식에 영향을 미치는 모든 것을 포함

≒ 직업

– 서식지

: 특정 생물종이 사는 물리적 장소

≒ 주소

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생태계의 구성원

2. 구성원의 먹이∙서식지 특징 – 보편종

: 여러 장소에서 살며, 다양한 먹이를 먹고, 다양한 범위의 환경조건 극복

예시)

– 특수종

: 좁은 지위를 가짐. 한 종류의 서식지에만 거주. 하나 또는 두 세 개의 먹이를 먹고, 좁은 범위의 기후와 환경조건 극복. 환경조건이 변화하면 특수종은 쉽게 멸종

예시)

보편종이 유리할 때 vs 특수종이 유리할 때

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보편종, 특수종, 적응

# 잠깐 생각해보기

• 적응에 대해 생각해보자

: 종 수준의 적응이란 무엇인가?

: 인간은 무엇에 적응해야 할까?

• 적응을 잘 하려면? (e.g. 곤충) 1. 유전자풀에 적응 가능 형질이 내재되어 있어야 한다

( = 주사위를 들고 7이 나올 수는 없다)

2. 생식능력이 좋고 빨라야 한다

(= 열등한 개체는 빨리 죽고 우등 개체가 빨리 퍼진다)

인간은 어떠할까?

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멸종(=적응에의 실패)

• 멸종이란? – 특정 종의 개체군이 변화하는 환경조건에 적응할 수 없을 때

– 환경적 조건이 격렬하게 변할 때 어떤 종은 보다 잘 적응해서 가능한 한 보다 좋은 장소로 이동해야 함. 아니면 멸종

– 모든 종의 궁극적인 운명

• 기본멸종(background extinction) – 국지적인 환경조건이 변화할 때 일부종 소멸

– 연평균 기본 멸종률은 100만 종당 1~5종 추정

• 대멸종(mass extinction) – 천재지변적이고 광범위한 지구적 사건이 있을 때, 존재하는 종의

큰 집단(약 25~70%) 소멸

– 과거 5억년 동안 5번의 대멸종(2,000~6,000만년 간격) 경험

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• ·대감소(mass depletion)

– 멸종률은 정상보다 매우 높으나 대멸종으로 분류하기에는 충분히 높지 않은 상태

– 대감소와 대멸종은 위기이자 기회.

• 많은 생물의 적소를 남기고 새로운 적소를 만들어 냄. 새롭게 비워진 적소를 메우기 위해 많은 새로운 종들이 진화.

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• 6번째 대멸종이 왔는가?

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인간은 생물다양성에 어떤 영향을 미치고 있는가?

• 인간의 활동은 지구의 생물 다양성을 감소시키고 있다 • 종 다양성 수 = 종분화 수 – 멸종 수 • 생물다양성은 변화하는 환경조건에 대응하는 미래의 진화를

위한 지구의 유전적 원료 – 미래 종분화 중심지인 열대우림, 산호초, 습지 등의 생태계 파괴, 훼

손

• 종의 멸종이 자연적 과정이라 해도 인간은 지나친 멸종 위협 – 20세기 동안 멸종율은 자연적인 기본멸종률보다 100~1,000배 증가 – 앞으로 인간은 지구 표면과 1차 순생산의 대부분을 차지할 것 – “2030년까지 적어도 지구의 현재 종의 1/5, 21세기 끝 무렵에는 이

들 종의 절반이 조기멸종될 것이다”

• 대감소, 대멸종 이후 생물다양성이 회복되는 데에는 수백만년의 시간 필요. 인간이 살아남기에는 부족한 시간

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주요지역의 생물다양성 파괴

• 사막 – 관개농업

• 초원 – 경작지, 목축

• 숲 – 농업, 목축, 단작, 벌목

• 산호초 – 해양온난화, 부영양화, 어업으로 파괴

• 연안생태계 – 저인망 어업, 양식업, 도시화, 인구과밀(전세계 인구의 45%가 연안 거주)

• 담수생태계 – 댐, 운하(대형강 237개 중 60%)로 물 흐름 변경, 침식, 퇴적 / 도시화 및 농축업으로 부영양화

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군집생태학과 개체군생태학

“우리는 서로 연결되어 있어요”

예시) 미국악어 연구 • 미국 악어는 인간 이외에는 천적 없음. 200만 년 동안 지구의 다양한 환경 변화에 적응 • 사냥꾼들이 1950~1960년 사이에 대량으로 사냥(재료, 스포츠, 혐오감....). • 루이지애나 악어의 90% 소멸

• 악어는 무슨 일을 하였나?

– 악어는 서식지에 깊은 구멍, 건조기 동안 담수 저장. 수생생물들의 피난처 역할. – 많은 동물들에게 담수와 식량 제공 – 악어들이 만든 흙무지는 왜가리와 해오라기에게 서식처 제공 – 육식어종인 동갈치를 많이 잡아먹어 농어, 잉어와 같은 낚시어종 수 유지 – 악어가 활동하여 서식지 내에 식물 침입을 방지하여 담수연못과 해안습지 수생 동식물 보존

• 악어가 없어지자 이런 사실을 알게 되었다 • : 1967년 미국악어는 미국 정부의 멸종위기종 목록에 등재, 사냥꾼으로부터 보호

• 하나의 군집이나 생태계 내의 특정 종이 맡고 있는 생태적 적소로서 각자의 역할 • 종들 사이의 상호작용하는 것이 생태계 구조와 기능에 얼마나 많은 영향을 미치는가

남획의 문제 보러가기 ‘참 흔했던 새’

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생태계 내의 종

1. 지표종 : 생물학적 화재경보기 – 군집이나 생태계에 초기 위험경보 시스템 역할을 하는 종 – 지의류, 조류, 열목어, 나비, 양서류....

사례) 양서류의 멸종 위험

– 양서류는 다양한 생활사로 말미암아 환경파괴에 매우 민감 – 자라서 육지에 살면서 곤충을 잡아먹어 살충제에 노출 – 개구리 알은 자외선이나 오염을 차단할 수 있는 보호막 없

음 – 개구리도 얇고 투과성이 있는 피부를 통해 수분과 공기를

접하므로 오염물질 흡수 용이

• 1980년 이후 전 세계 약 5,280종의 양서류 개체군이 사라지거나 감소

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심화) 양서류는 왜 멸종하고 있을까?

– 서식지 파괴 및 분리(내륙습지의 배수 및 매립, 산림벌채와 개발)

– 계속된 가뭄(번식 웅덩이 건조)

– 환경오염 (살충제로 인해 박테리아, 바이러스, 균에 의한 질병의 면역감소)

– 성층권 오존 감소로 자외선 증가(어린 양서류 배아에 위해)

– 남획(아시아와 프랑스의 식용 남획)

– 바이러스 및 균에 의한 질병

– 외래종 포식동물과 경쟁동물, 질병 생물체의 자연 이주나 의도적 도입

• 양서류 멸종으로 인한 영향은?

– 양서류는 서식지 파괴 및 분열, 오염, 자외선 노출, 기후변화 등의 환경변화에 민감한

생물학적 지표. 양서류 멸종 = 세계 환경 악화

– 다 자란 양서류는 생물군집에서 중요한 생태적 역할. 조류보다 더 많은 곤충을 포식.

양서류를 먹이로 하는 다른 생물의 멸종 야기 가능

– 유전적 의약품의 미개척 저장고. 진통제, 항생제, 화상, 심장병 치료제 등

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2. 핵심종(keystone species)

keystone? 쐐기돌

– 핵심종은 한 군집 내에서 다양한 다른 종을 분류하고 그 수를 결정하는 데 도움

– 자체 종 개체수 보다는 그 군집에서 기타 종의 유형과 수에 많은 영향을 줌

– 핵심종 제거 시 군집의 구조와 기능 변화 가능성

e.g. 벌(종자식물에 대한 핵심종), 쇠똥구리(토양상황에 대한 핵심종)

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• 사례) 상어와 인간 – 상어는 먹이사슬의 정점에 위치하면서 해양에서 병들

고 다친 동물을 없애는 역할

– 상어가 없으면 바다는 죽은 or 죽어가는 물고기로 넘치게 될 것

– 인간을 공격하는 것은 극히 예외적인 사례(먹이 착각 & 상어공격사 확률 30배 = 낙뢰사)

– 인간은 상어를 지나치게 이용 : 수프재료, 만병통치약, 고기로 이용, 때로는 두려움

– 상어는 남획에 취약(성장속도 느리고 2세대 숫자가 적음)

– 멸종에 매우 취약하면서 최소한의 보호 밖에 없음

‘샥스핀’ 보러가기

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3. 토대종(foundation species)

– 한 군집 내 다른 종에게 영향을 줄 수 있는 서식지 조성, 발전

– 다른 종에게 이익,

– 서식지를 창조·발전시켜 군집을 형성하는 주요 역할

– 일종의 확대 핵심종(extended keystone)

e.g. 코끼리가 나무를 밟고 부수고 뽑아 아프리카 초원과 숲 사이에 공지 형성. 이로 인해 풀과 사료작물의 성장이 촉진되어 초식동물에게 혜택. 영양분 순환속도 가속화

e.g. 특정 박쥐와 조류는 식물종자가 포함된 배설물을 통해 파괴된 삼림 재생, 유실수 퍼뜨림

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성장의 한계와 수용능력

• 어떠한 개체군도 무한하게 커질 수 없다

• 자연에는 항상 개체군 증가에 대한 제한 존재

환경저항) 개체군 제한요소로 구성

• 번식능력과 환경저항이 수용능력을 결정

수용능력) 한 공간내에서 무한한 시간 동안 유지될 수 있는

어떤 종의 개체수

• 개체군 증가율은 식량, 물 등의 자원 감소로 인해 환경

수용능력에 가까이 갈수록 감소

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수용능력과 성장곡선

• J curve VS S curve

자원제한 없는 초기 개체군 성장) J형, 지수적 성장

개체군 증가 이후, 환경저항 시의 개체군 성장) S형 • S형 성장의 상단 ≒ 수용능력

• 유연한 적응과 유연하지 못한 적응

유연한 적응) S곡선 형

유연하지 못한 적응) peak와 급감 • 과잉 개체수가 새로운 자원으로 전환하지 못하거나,

• 자원이 더 많은 곳으로 이동하지 못할 때

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인간의 적응형은?

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자료 : http://one-simple-idea.com/Environment1.htm

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인간은 생태계에 어떤 영향을 미치는가?

① 야생서식지를 파괴, 분열, 붕괴, 단순화하여 생물다양성 손실 야기

② 인간을 포함한 모든 소비종을 부양하는 데 필요한 지구의 1차 순생산력을 소모하고, 낭비하거나 파괴

③ 의도하지 않은 해충과 질병 유발 박테리아 개체군 일부를 강화

e.g. 살충제, 항생제 과도 사용. 해충과 박테리아 자연선택 가속화, 유전적 저항 발생

④ 일부 포식자 제거

e.g. 설치류, 늑대, 코요테 살상 – 자연생태계 단순화, 방해

⑤ 의도적/우발적으로 새로운 종과 외래종을 군집에 도입(천적/균형 문제)

⑥ 재생가능한 자원을 재생속도보다 더 빠르게 사용

e.g. 토양, 영양분, 어종(양식), 불법포획, 지하수....

⑦ 생태계의 정상적인 화학순환과 에너지 흐름 방해

- 토양 과부하 + 수질 오염

- 탄소순환 과부하로 인한 기후변화 문제

⑧ 인간이 지배한 생태계는 재생불가능 에너지에 의존

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우리는 어떻게 해야 할까?

• 생물학자들의 충고 – 우리의 삶, 생활방식, 경제는 태양과 지구에 의존한다

– 모든 것은 상호관련되어 있어서 상호의존적이다

– 우리는 단 한 가지도 완벽하게 해 낼 수 없다(예측 불능성의 문제)

– 우리는 지구의 천연자원을 고갈시키고 훼손시키는 문명을 무한히 지속시킬 수 없다

• 자연의 방식 – 재생가능한 태양에너지로 운영

– 영양분과 쓰레기 재활용 (자연에는 쓰레기가 없다)

– 생물다양성을 활용하여 자신을 유지, 새로운 환경조건에 적응

– 환경과 다른 종 사이의 상호작용을 통해 종의 개체군 및 자원 사용 통제

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인간의 노력

회색늑대 복원 이야기

- 회색늑대는 북미 전 지역에 걸쳐 서식 - 1850~1900년 사이 200만 마리 가량이 살육 당함

: 가축 안전성, 사냥꾼들 선호에 맞는 사냥용 동물 확보용 등

• 회색늑대가 없는 사이 무슨 일이 있었는가?

– 늑대와 같은 주요 포식자는 약자에 해당하는 아메리카 들소, 고라니, 북미산 순록, 긴귀사슴의 개체수 조절, 까마귀와 여우 등의 동물들에게 식량을 제공

– 실제로 포식자인 회색늑대가 줄어들자 순록, 들소, 사슴 수가 부쩍 늘게 되어 일부 지역의 식생을 파괴하고, 다른 야생동물들의 최적 생육공간을 위협

• 인간의 노력과 파장 - 국립공원, 국유림, 옐로스톤 국립공원 생태계로 회색늑대 복귀 제안 - 방목업자의 격렬한 반대 “이 생각은 천연두를 불러들이는 것과 같다” - 사냥꾼, 광업자, 벌목업자들의 반대

: 늑대가 사냥감을 죽일 것. 정부가 늑대 서식지의 광업과 벌목을 중단시키지 않을까 걱정

- 1973년 미국 의회가 위기종 보호법안을 통과시켜 400~500여 마리의 회색늑대 보호 재개 - 2005년 현재 850여 마리의 회색늑대가 옐로스톤 국립공원과 아이다호 주 북부지역으로 이주되어 살고 있

게 됨 : 늑대 주변 개울, 강 근처의 엘크 개체수 감소, 등대풀과 버드나무 성장 촉진(비버에게 유리), 코요테 개체수가 절반으로

감소. 대신 코요테에 사냥되는 여우, 땅다람쥐 등은 개체수 증가, 독수리나 매에게도 보다 풍부한 먹잇감 제공 : 그러나 1995~2002년 사이 로키산맥 북부지역에서 양 792마리, 소 278마리, 개 62마리 희생

- 2004년에는 위기종 보호법안에서 늑대 제외시키자는 제안 발생 : 자연보호주의자들은 이러한 행동은 성급하다고 경고

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생태계에 대한 인간의 고민

• 숲의 자원들은 어떻게 사용, 관리되고 지속가능하게 유지되어야 하는가?

• 열대우림의 삼림벌채는 얼마나 심각한가? 우리는 열대우림을 유지하기 위해 어떻게 할 수

있는가?

• 자연보호구역은 무엇이 문제인가? 우리는 그것들을 어떻게 관리해야 하는가?

• 우리는 육상의 자연을 보존하기 위해 어떻게 계획을 수립하고, 보호·관리해야 하는가?

• 우리는 수생동물의 다양성을 보호하고 유지시키기 위해 무엇을 할 수 있는가?

• 생태학 복원은 무엇이고, 왜 그것이 중요한가?

• 지구의 생물 다양성 유지를 돕기 위해 우리가 할 수 있는 일은 무엇인가?

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• 인간은 생물다양성에 어떻게 영향을 미치고 어떠한 노력을 기울이는가?

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과학과 경제학 : 인간 활동의 생태계 영향

• 인간은 지구 생물 다양성을 총체적으로 감소시키거나 멸종시켜왔으며, 이

런 위협이 지속적 증가

– 북극∙그린란드 제외한 지구표면의 약 83% 면적에 영향.

– 습지를 초원으로, 숲을 들판으로, 육지를 도시화

– 온대활엽수림은 농작물 재배와 도시발달에 좋은 조건을 가지므로 나무의 82%가 벌목,

황폐화

– 대평원의 98%, 캘리포니아 초지의 99% 소멸

– 지난 1세기 동안 세계 습지의 약 절반 소멸, 세계 산호초의 27%에 심각한 피해, 2050

년까지 나머지 산호의 70%가 피해를 입거나 사라질 예정

– 상업적으로 가치있는 해양 어종 200여종의 3/4이 인간의 식량으로 남획

– 생물종 소멸속도 역시 인간 존재 이전에 비해 최소 100배, 최대 10,000배 예측

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과학, 경제학, 윤리학 : 왜 생물다양성을 보호해야 하는가

• 생물 다양성은 존재 자체가 우리 인간이나 다른 생물종에게 혜택을 준다

• 생물다양성의 가치) 본능적 가치 + 기구적 가치

• 본능적 가치

– 생물의 유전, 종, 생태계, 생태학적 과정이 생물 다양성을 구성하는 것

• 기구적 가치

– 인간이 이들을 사용하는 과정에서 발생하는 가치. 사용 가치와 비사용가치로 나뉨

• 사용가치

– 생태계 재화와 용역의 생성, 생태학적 서비스, 여가, 과학적 정보, 미래 사용에 있어 인간에게 혜택

을 주는 것

• 비사용 가치

– 존재가치/미적 가치/유산적 가치

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• 여러분의 생각은 어떠합니까?

• 왜 생태계와 생물다양성을 보호해야 할까요?

• 반대로 생각해보기) 왜 생물다양성을 파괴해야

합니까?

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생물다양성 보전의 노력 - 삼림

• 삼림 황폐화의 악영향 – 과거 8,000년 동안의 인간활동으로

지구 숲 면적의 20~50% 감소 – 1990년대에는 한 해에 0.2~0.5%씩

숲 감소. 이에 의하면 10~20년 이내에 세계 숲의 40%가 벌목되거나 다른 용도로 사용될 것

• 숲의 파괴로 인해서... – 토양침식 및 토양 비옥화 감소 – 침식된 토양이 수생 생태계로 침투 – 특별한 생태적 적소 소멸로 인한 빠

른 멸종 – 이동성 생물종 서식지 손실(새, 나비

등) – 삼림벌채 확장으로 지역 기후 변화 – 산불, 삼림 감소로 인해 대기중 이산

화탄소 증가 – 홍수 가속화

• 지속가능한 숲 관리 – 숲에서 얻는 생태학적 혜택에 대한 경제

적 가치 강조

– 세계 숲의 가치는 1997년 기준 4조 7000억 달러(숲의 경제적 가치의 수백배 이상)

– 장기 순환으로 보다 질 높은 목재를 성장 – 택벌과 대상개벌 비중을 높임 – 경사진 곳에서 산벌, 모수, 개벌작업을

삼간다 – 숲의 차단이나 공동화 현상을 삼간다 – 원시림 지역에 도시 건설을 줄인다 – 야생동물 서식지, 양분 재활용을 위해 죽

은 나무와 쓰러진 목재를 그대로 둘 것 – 지속가능한 방법에 의해 성장한 목재를

보장할 것

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생물다양성 보전 가능? - 열대림

열대림의 현황)

• 열대림은 육지 면적의 약 6%. 라틴아메리카, 아프리카, 아시아 적도 지역

• 모든 동식물종의 절반이 열대 우림 지역에서 생존

– 이들의 생태적 위계질서가 세분화되어 있어 열대림 서식처가 제거되거나 감소할 경우 이들 종은 스스로 사

라지게 됨

– 아마존에 세계 동식물종의 30%, 기타 열대우림에 40%가 남아 있다

• 2005년까지 아마존 분지 16~47%가 황폐화 또는 감소되어 사바나로 바뀜

– 2002~2004년 사이에 방목장 구축, 콩과작물 재배로 인해 급격히 황폐화

– 1분에 축구장 11개 해당하는 면적 만큼 열대림 제거

• 금 세기 동안 아마존의 약 60%가 사라지게 될 것

• 지구 열대림 손실은 매년 50,000~170,000㎢ 범위로 감소

– 이런 속도라면 35~117년이 지나면 지구 전체 열대림의 절반 소멸

아마존의 현실 ‘햄버거 커넥션’

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왜 황폐화되는가?

1차원인) 인구증가, 가난, 정부보조금, 개도국의 빚, 생태학적 혜택의 가치 무시

• 가난하고 인구가 많다 → 식량이 부족하다. 자기 땅이 없다 → 숲을 없앤다

(자발적), 개간한 땅에 소유권을 준다(국가) → 열대림 개간을 조장한다 →

삼림 황폐화 → 작물을 재배한다 → 토양이 침식된다 → 새로 개간한 땅으

로 이주한다

• 나라가 가난하다 → 쉽게 얻을 수 있는 자원을 찾는다 → 나무를 베어 수출

한다

• 다른 나라에서 개도국 개발계획을 재정지원한다(=빚) → 갚을 돈이 없다 →

천연자원을 수출하여 갚는다 → 자립 기반이 사라진다

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2차원인)

• 석유 채취, 광물 채취, 댐 건설로 인한 수몰, 조림지로의 대체, 목장 건설, 농

장 개간, 작물 재배, 산불, 벌목, 도로내기 등

• 정착과 벌목을 위해 열대림 속에 도로를 건설한다 → 택벌한다 → 다른 나

무들도 함께 쓰러진다 → 다른 나라에 팔거나 자국에서 소모한다

• 돈이 없다 → 수출 물품을 찾는다 → 사탕수수, 바나나, 파인애플, 콩, 커피

중에 선택 → 열대림을 개간한다 → 단작한다 → 생물다양성 파괴

• 돈이 없다 → 수출물품을 찾는다 → 지하광물이나 화석연료 탐사 → 발견

→ 열대림 개간 및 광산 착수

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열대림 황폐화를 막아보자

• 열대림 이주자들에게 소규모 지속가능한 농업 및 임

업경작 방법 가르침

• 다년생 작물로 전환

• 생산된 목재에 대해 지속가능한 방법으로 재배했는

지 평가, 검증하는 시스템 도입

• 여러분의 생각은?

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생각해보자

① 선진국들은 개도국 열대림 보존에 많은 돈을 제공

해야 하는가?

② 1994년 코스타리카 농부인 미구엘 산체스씨는 오랫

동안 경작해오던 자신의 땅을 호텔 개발자에게 60만

달러에 팔 것을 제안받았다. 땅은 오래된 극상림과

검은 모래해변을 포함하고 있었다. 그는 제안을 거절

했다. 만일 당신이 가난한 농부인 그의 입장이라면

무엇을 할 수 있었을까?

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• 생물다양성과 저개발국, 원조와 경제 사이의 현실

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