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우리가 몇 주 동안 같이 공부한
생물학 부분에서는
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동물과 식물들의 생리학,
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세포들이 어떻게 모여서
조직과 장기들을 만들고
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기관계를 만드는지 배웠습니다
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또 세포가 어떻게 우리를 이 고기와
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채소 덩어리로 만들어 주는지도 배웠고요
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생물 자체를 이해하기 위해서는
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각 단계에서 어떤 일이
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일어나는지 아는 것이 중요합니다
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생태계를 공부할 때도 마찬가지입니다
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다른 점은 단계를 나눌 때
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한 생물 내에서 나누는 대신
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다른 생물들의 생태계까지 고려한다는 것입니다
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얼마나 확대해서 보느냐에 따라
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우리는 우리 지구의 많은 것을 이해할 수 있습니다
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예를 들어, 우리는 한 종안에 있는 그룹이
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같은 지역에 모여사는 것에 대해 연구 할 수 있습니다
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그 것을 개체군 생태학이라고 합니다
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또한 군집 생태학이라는 것도 있는데
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군집 생태학은 다른 종류의 생물들이
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한 곳에 모여사는 것을 연구하고
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서로 어떤 영향을 주는지 알아보는 것 입니다
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우리가 가장 넓게 보는 분야는
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생태계생태학이라고 합니다
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생태계 생태학은 모든 생물과 무생물이
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어똫게 생태계 전체와 교류하는지
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연구하는 학문을 말합니다
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먼저 개체군 생태학에 대해 알아봅시다
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개체군 생태학은 같은 종 안의 그룹이
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어떻게 서로와 교류하나를 연구하는 학문입니다
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왜 이런 무리들이
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시간과 장소에 따라 달라지는가를 알아내기 위해서죠
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여러분을 의문을 가질 수 있겠죠
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'이게 어떻게, 누구에게 쓸모가 있을까?'
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사실 모든 사람들에게 항상 엄청난 쓸모가 있습니다
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예를 들어 2012년 여름에 택사스, 달라스를 덮쳤던
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웨스트 나일 바이러스의 사태를 봅시다
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달라스 자치주에서는
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12명이 바이러스로 인해 죽고
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거의 300명의 사람이 감염됐습니다
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하지만 2011년에는 택사스 주 전체에서
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겨우 27명만이 웨스트 나일 바이러스에 감염됐고
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2명만이 바이러스 때문에 사망했습니다
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이건 좀 심각한 것 같지 않나요?
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뭐가 문제일까요?
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알고보니 개체군 생태계와 관련된 문제였습니다
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웨스트 나일은 모기에 의해 퍼지는데
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2012년에 달라스의 모기 개체수는
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쿨 에이드 맨처럼 벽을 뚫고
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웨스트 나일 바이러스를 미친듯이 퍼트렸습니다
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하지만 왜 그 전에 일어나지 않고
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하필이면 2102년에 일어났을까요?
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그리고 왜 뉴 저지가 아니라
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텍사스에서 일어났을까요?
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해답은 개체군 생태학에 있습니다
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(빠르고 흥겨운 음악)
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그러므로 갑작스러운 전염병 확산의
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미스테리를 해결하기 전에
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우리는 개체군 생태학을
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기본적으로 이해하고 있어야 합니다
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일단 개체수란 그저 주기적으로 교류하며 사는
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같은 종의 생물들을 의미합니다
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동물들이 얼마나 자주 교류하나는
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지리적 거리와 큰 상관이 있습니다
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여러분도 아마 멀리 사는 사람들보다
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가까이 사는 사람들과
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얼굴을 마주하는 일이 더 많을 것입니다
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결과적으로여러분과 가까이 사는 사람들이
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여러분과 식량, 이성친구, 공간을 위해 겨루는
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상대일 것입니다
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왜 지역과 시간에 따라 개체가 다른지
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이해하기 위해서
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개체군 생태학자는 '개체'에 관해 잘알아야 합니다
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그건, 운명이거든요
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이 경우에는 달라스 지역에서 서로 접촉할 수 있는
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모기들이 얼마나 있냐가 관건입니다
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개체들의 밀집성은 여러가지 요인으로 인해 변하는데
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거의 다 직관적입니다
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밀집성은 갑자기 태어났거나 이주한,
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새로운 개체들이 나타면서 높아집니다
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반대로는 갑작스러운 죽음이나
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개체들의 이동 때문에 낮아집니다
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간단하지만, 개체군 생태계학자로서
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여러분은 이 지역의 생물들의
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지리적 배치에 관해서도 알아야 합니다
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이것은 생물들의 분포입니다
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예를 들어, 모든 모기들이 다 모여 살고 있나?
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아니면 무작위로 떨어져 있나?
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규칙적으로 분포하고 있나?
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이 질문들에 대한 답은 과학자들에게
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개체들의 특징 파악을 위한 근거를 제공합니다
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웨스트 나일 발병과 같이
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개체수가 시간이 지남에 따라 어떻게 변했나와
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연관있는 수수깨끼를 풀기 위해서는
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개체군 생태학의
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핵심적인 개념에 대해 알아야 합니다
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바로 개체수 증가에 관해서 말입니다
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게체수 증가에 영향을 끼치는 요인은
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여러가지가 있는데
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생물의 종류에 따라 큰 차이가 날 수 있습니다
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생산력을 예로 들어 봅시다
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한 마리가 살면서 얼마나 많은
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자손을 낳을 수 있는지가
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개체수의 크기에 큰 변화를 일으킵니다
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예를 들어 검은 코뿔소 개체수는
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사냥으로 영원히 복원될 수 없을 지도 모르는데
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모기들의 개체수는 어떻게 그렇게 빨리
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증가할 수 있을까요?
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먼저 모기들은 2주의 짧은 인생 동안
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2000마리의 새끼를 낳을 수 있습니다.
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하지만 코뿔소들은 40년동안
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5마리밖에 낳지 못합니다
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하지만, 개체수가 최대 잠재성까지
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자라는 일은 거의 없고
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영원히 증가만 할 수도 없습니다
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개체수가 얼마나 빨리 증가하느냐와
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얼마까지 내려가거나 올라가느냐를 이해하려면
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개체수 증가를 방해하는 요소에는
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무엇이 있는지 확인해야 합니다
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이 요소들은 이름에 걸맞게
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제한 요소들이라고 부릅니다
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만약 여러분이 2011년의 달라스 모기라고 하면
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바이러스 발병 일년전
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그 때는 생장률이 2012 정도가 아니었기에
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어떤 것이 여러분의 번식 속도를
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늦추고 있었던 것입니다
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당신의 번식속도를 늦추는 것이
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뭔지 알아내기 위해서는
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당신은 일단 모기가 번식과 인생을
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성공적으로 살기 위해 필요한 것이 무엇인가로
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범위를 좁혀야 합니다
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일단 먹을 것을 찾아야 합니다
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모기들, 즉 여러분들은 많은 종류의 것들을 먹습니다
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하지만 번식을 하기 위해서
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여러분이 암컷이라고 가정하면
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피가 필요합니다
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여러분은 어떤 동물을 지목해서
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그 동물의 피를 빨아먹어야 합니다
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아마 달라스에는 여러분이 피를 빨아먹을 수 있는
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동물들이 넘쳐날 것입니다
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저도 달라스의 생물인 아주 좋은 친구들이 있습니다
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여러분은 그 친구들의 피를 빨 수도 있습니다
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다음은 온도입니다
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여러분 같은 모기들은 외온성이기 때문에
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여러분이 활동을 하기 위해서는 따듯해야 합니다
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예를 들면 텍사스는 꽤 따뜻하고
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특히 2011, 2012년의 겨울은 특히 따뜻했습니다
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사실 2012년의 여름은 특별히 더웠습니다
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그래서 모기들이 활동하기에는 더없이 좋았죠
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그래서 달라스 모기들의 번식 제한요소 중
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하나가 제거된 것입니다
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다음은 번식상대입니다
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여러분이 암컷 모기라면
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여러분은 마음에 드는 수컷 모기를 찾아야합니다
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달라스는 꽤 큰 도시이기 때문에
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될 수 있으면 직징과 차가 있는 수컷 모기로 말이죠
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모기들의 번식 방법 덕분에
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이건 그렇게 어렵지 않습니다
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수컷들은 매 번식 시기마다 해가 지면
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마치 모기 구름처럼 모여있고
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암컷이 해야 하는 것은 그저
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가까이 있는 수컷 구름을 찾아서
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날아들어가는 것입니다
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누워서 떡먹기죠
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마지막으로 공간에 대해 얘기해봅시다
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그리고...아하!
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또 중요한 증거가 있습니다
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모기들은 잔잔한 물에 알을 낳아야 합니다
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모기 애벌레가 진짜 싫어하는 게 하나 있다면
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그건 자기가 살고 있는 물을
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폭우가 쓸고 가는 것입니다
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하지만 달라스는 2012년에
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심각한 가뭄을 겪고 있었기에
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웨스트 나일에 감염된 모기 유충들의
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유치원 역할을 하는
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잔잔하고 더러운 물 웅덩이들이 많았습니다
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이 증거자료들을 보면
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우리는 2011년에 모기 번식 제한 요소들 중에
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최소 두개는 제거되었다는 것을 알 수 있습니다
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공간과 온도의 문제 말이죠
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충분히 뜨거웠고, 벌레들이 알을 낳을 수 있는
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벌레들이 알을 낳을 수 있는 장소도 많아
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벌레들이 미쳐 날 뛸만 했습니다
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개체군 생태학자들은 이런 제한 요소들을
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두 가지 부류로 나눕니다
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밀도 의존과 밀도 독립으로 나눕니다
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학자들이 이렇게 분류하는 이유는
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게체군의 성장 속도가
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얼마나 많은 생물들이 있는가에 의해 결정되는지
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아니면 어떤 다른 요인이 있는지
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알아야 하기 때문입니다
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이 제한 요소들을 신경써야 하는 이유는
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이 요소들이 모기 서식지의
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적재량에 영향을 주기 때문입니다
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서식지의 적재량이란
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서식지가 가지고 있는 자원의 양으로
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한 서식지가 지탱할 수 있는 개체수를 말합니다
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그래서 밀도 의존적인 제한 요소들을
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서식하는 개체수에 영향을 주는 요소라고 할 수 있습니다
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개체군 크기가 일으키는 환경 장애 때문이죠
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예를 들어 모두를 충족시킬 수 있을만한
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먹이, 물, 공간이 부족할 수 있습니다
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아니면 개체수가 너무 많아서
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주변에 있는 포식자 개체군이
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기하급수적으로 증가하여
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개체수를 유지시키는데 도움을 줄 수 있습니다
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질병 같은 것들도 밀도 의존적인
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제한 요소라고 할 수 있습니다
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많은 개체들이 가까이에 밀집해서 사는 것은
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전염병을 미친 듯이 퍼트릴 수 있죠
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저는 달라스 모기들이 조만간
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빨아먹을 척추동물들이
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모자라질거라고 생각하진 않지만
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만약 모기 개체군이 폭발적으로 증가함에 따라
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텍사스의 공식적인 대표 비행 포유류인
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주위의 멕시코꼬리박쥐의 개체군도
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폭발적으로 증가했다고 가정하면
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그 박쥐들은 모기를 먹기 때문에
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그게 밀도 의존적인 제한 요소가 되겠죠
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더 많은 모기는 더 많은 박쥐를 만들고
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그러면 모기 수가 적어지는 겁니다
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꽤 간단하죠
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밀도 의존적인 제한 요소들이 작용하기 시작해
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개체군의 성장을 제한하기 시작한다면
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그 서식지의 수용량을 가득 채웠다는 겁니다
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다른 제한 요소들 즉 밀도 독립 제한 요소들은
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개체군에 얼만큼의 생물들이 있느냐와
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얼마나 밀집되어 있냐는 아무 상관없습니다
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많은 경우에 이 제한요소들은
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재앙으로 표현됩니다
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화산 폭발, 폭풍우, 체르노빌 등 말입니다
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개체군이 유지되는데 중요한 요소들이
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그냥 살기 힘들 정도로 바뀌는 것입니다
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이 변화들은 그다지 극적일 필요는 없습니다
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다시 모기 얘기로 돌아가자면
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2013년에 큰 태풍이 있었습니다
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거의 매일 홍수가 나다시피 했습니다
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홍수는 잔잔한 물에 살고 있던
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모기알 덩어리들을 어지럽혔습니다
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그래서 그 해에 태어난 모기들은 상대적으로 적겠죠
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비슷한 식으로 갑자기 온도가 낮아졌다면,
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그래서 여름에 엄청나게 추웠다면
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모기들의 성장속도는 현저히 떨어질 것입니다
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사실 개체수에 관한 크고 작은 상황들은
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몇 만개가 있을 수 있습니다
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수용력이 꽉 차거나
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외부적인 요인 때문에 무너지거나 말이죠
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이런 요인들이 무엇인지 알아내는 것이
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개체군 생태학자들의 직업입니다
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여기서 수학을 쓰는 겁니다
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우리의 친구 수학은 외부적 요인이 없는 한
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모든 것의 개체군은
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지수기적으로 생장할 것이라고 합니다
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지수기적인 생장은 개체군이 개체군의 크기에
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비례해서 커지는 것을 의미합니다
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지금 2012년 초에는
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달라스에 1000마리의 모기밖에 없지만
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한달 후에 3000 마리의 모기가 생겼다고 해봅시다
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이제 번식할 수 있는 모기의 수가
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세 배가 된 상태에서는
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개체군은 1000마리의 모기가 있었을 때보다
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세 배는 빠른 속도로 성장합니다
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그러면 이제 9000 마리의 모기가 있겠고
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이쯤되면 개체군이 3000마리가 있었을 때보다
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3배는 빠르게 성장할 것입니다
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계속 이런 식으로 무한정하게 커질 것입니다
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이 시나리오에서는 모기들이 모두 이런 식이죠
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수용량 따위는 집어치워!
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우리를 막을 수 없어!
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하지만 실제로 일어나지는 않습니다
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단기적으로는 일어날 수 있지만 말이죠
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예를 들어 인간은 산업 혁명 이후부터
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지수성장곡선을 타고 있습니다
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하지만 언젠가는 개체군을
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다시 줄일 무언가가 나타납니다
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그게 식량 부족이나 전염병과 같은
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밀도 의존적인 요소일 수도 있고
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아예 대륙 하나를 파괴하는 운석같은
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밀도 독립적인 요소일 수도 있습니다
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어찌됐든 이 지수성장곡선은
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영원히 지속될 수는 없습니다
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이 요소들이 작용하기 시작하면
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개체군은 군수적으로만 성장합니다
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즉 개체군은 서식지의 수용량까지만으로
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제한되어 있습니다.
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그 정도면 별 거 아니죠
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이 그래프가 위쪽에서 평평해지는 것이 보이십니까?
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이 평지를 만드는 요인은 거의 항상
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밀도의존적인 제한 요소입니다
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모기들을 계속 더하고 있으면
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결국 개체군의 성장속도는
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공간이나 먹이 부족으로 줄어듭니다
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모기 숫자가 유지될 때
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그 특정한 모기 개체군 서식지의
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수용량이 다 된 것이라고 볼 수 있습니다
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이제 이 아이디어들을 모두 적용시킬 수 있습니다
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우리가 알고 싶은 모든 것의
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개체군 생장 속도를 계산할 수 있는
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간단한 식을 사용하면 말이죠
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이게 지루한 수학이기는 하지만
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그래도 중요하니 정신차리세요!
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달라스 시티가 당신에게 달렸어요!
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이제 2주 동안의 달라스 모기 개체군의
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생장속도를 계산해봅시다
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우리가 생장속도, R을
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계산하기 위해서 해야 하는 것은
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그저 태어난 횟수를 알아보는 것입니다
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태어난 횟수 빼기 죽은 횟수를 하면 됩니다
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다음으로 그 숫자를 처음 개체군 크기로 나누세요
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그걸 N이라고 합시다
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예를 들어 처음 개체군의 숫자가
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100마리라고 하면
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이 모기들은 각자 보통
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2주 정도의 수명을 갖고 있습니다
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2주 이후에는 200마리가 죽을 것입니다
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그 중 반은 암컷이기 때문에 50마리입니다
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암컷들은 인생에서 2000마리 정도의
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새끼를 낳을 수 있기 때문에
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50마리에 2000을 곱해야합니다
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으악!
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50마리의 엄마 모기들 곱하기
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한 엄마당 2000마리의 아기 모기...
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계산하면 10만 마리의 아기 모기들이 나옵니다
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우리가 이 식에 숫자들을 모두 대입해보면
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모두 가정한 것이지만
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우리는 달라스 문제의 심각성에 대해
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감을 잡을 수 있을 것입니다
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눈 깜박할 사이 2주만에 개체군은
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10만 마리의 아기 모기들을 낳았고
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겨우 100마리만이 죽었습니다
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이 개체군 생장 정도를 계산해보면
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무려 9만 9999마리입니다
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이 말은 2주가 시작할 때 있는
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한 마리의 모기마다
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2주가 끝날 때 쯤이면
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9999마리가 있다는 것입니다
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결국 99,800 퍼센트 증가한 거죠
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토르의 망치의 이름으로 맙소사!
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물론 이건 가정한 시나리오지만
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이걸 통해 여러분은
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모든 요인들이 긍정적으로 작용할 때
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개체군이 얼마나 미친듯이 커질 수 있는지
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알 수 있습니다
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하지만 여러분은 최근 몇 천년간
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인간의 인구 증가 그래프를 보기 전까지는
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Not Synced
아무 것도 본 게 아닙니다