새로운 생태계의 형성? - 쓰레기 섬에서의 발견

새로운 생태계의 형성? - 쓰레기 섬에서의 발견

대학생신재생에너지기자단 24기 서채연

 

쓰레기섬에서 생물군집이 발견되었다고?

북태평양 어느 한 가운데에 인류가 버린 쓰레기들이 모인 쓰레기섬 - 북태평양 거대 쓰레기 지대(North Pacific Garbage Patch, NPGP) - 이 있다는 것은 공공연히 알려진 사실이다. 그런데 이 쓰레기섬에도 생물군집이 존재한다는 연구결과들이 존재한다. 과연 이 수표생물들은 어떻게 쓰레기섬에서 서식하게 된 것일까?

[자료 1. 쓰레기섬을 만드는 북태평양해류 ]

출처 : NOAA

쓰레기섬에서의 생물군의 존재 가능성

2021년 6월에 Frontiers marine science에 Egger과 연구진들이 '북태평양 동부지역에 떠다니는 플라스틱 쓰레기와 neuston에서 보인 상대적인 풍부도'라는 이름의 논문을 발표했다. (원문: Relative Abundance of Floating Plastic Debris and Neuston in the Eastern North Pacific Ocean)

연구에서는 북태평양 동부지역(NPGP 외부)과 NPGP 내부, NPGP 연안으로 3부분을 나누어서 플라스틱 쓰레기들과 neuston 개체들을 채집 및 조사하였고, Porpita porpita, Halobates spp., pteropods, isopods, heteropods 과 같은 분류군들이 NPGP에서 고농도의 플라스틱 쓰레기들과 함께 발견되었다고 한다. 연구에서는 neuston이 플라스틱 표면에 붙어있는 이유를 산란할 표면이 넓어지고, 서식지로 사용할 수 있는 구조로 이용할 수 있기 때문이라는 결론을 내렸다.

따라서 비록 실제 그곳에서 생명이 탄생한 것은 아니지만, 쓰레기 섬이라는 공간에서 더 많은 수표생물들이 서식하고 심지어 번식까지도 일어나는 공간이라는 것이 알려졌으며, 후에 NPGP에서의 생물군에 대한 후속 연구들이 이루어졌다.

 

NPGP에서의 연안종의 서식과 플라스틱 잔해물의 영향

2023년 1월 네이처에 북태평양 해류 안의 플라스틱 잔해물 속에서 연안종이 번식하고 있다는 내용을 실은 논문이 게재되었다. (원문: Extent and reproduction of coastal species on plastic debris in the North Pacific Subtropical Gyre)

먼저 연안종(coastal species)과 부유종(pelagic species)의 차이를 설명하자면 바다에서의 구역을 구분해야 한다. 먼저 저서(benthic)는 바다에서의 바닥에 해당하는 부분이며 표영(pelagic)은 바다에서 물에 해당하는 부분을 말한다. 따라서 부유종은 바다의 표영에서 서식하는 생물군을 의미하며 연안종은 저서의 표면에 서식하는 생물군을 의미한다. 따라서 북태평양 해류를 타고 NPGP에 있는 곳에 도달한 연안종의 경우에는 그들이 원래 살던 환경과는 전혀 다른 표영, 다르게 말하면 서식할 바닥표면이 존재하지 않는 open ocean 환경에 노출된 것이다. 그렇기에 만약 이런 가로막힘으로 인해 생존에 불리한 환경에 노출된 연안종이 그곳에서 서식하고 있다면 굉장히 놀라운 사실일 것이다.

[자료 2. 바다에서의 표영과 저서 구역 구분표]

출처 : let's talk science

연구에서는 해류를 타고 떠돌아다니는 것(rafting)을 통해 해양 생물종이 다른 환경으로 이동을 할 수 있었으나, 북태평양에 형성된 NPGP가 이 경로를 가로막아 해양 생물종의 이동에 영향을 미친다는 것, 수면에 떠다니는 raft material의 종류가 해양 생물종에 영향을 준다는 점을 고려하여 실험을 진행했다. 총 105개의 플라스틱 잔해물 샘플을 채집하였으며 그 중 조건에 맞지 않는 경우를 제하고는 103개의 샘플을 분석하였다.

결과를 총정리하자면 연안종이 동부 북태평양해류 속에서도 플라스틱 쓰레기 위에 떠다니는 형태로 서식 중이라는 것이 밝혀졌다. 구체적으로는 아래 정리하였으며, 아래의 연구결과들은 연안종 뿐만 아니라 부유종에 관한 결과도 포함한다.

첫 번째로, 비록 부유종이 잔해물 속의 생물분포에서 우위를 차지하기는 하였으나 연안종 또한 열성적이지 않았다. 조사한 103개의 샘플 중 70%에서 연안종 군집이 발견되었으며, 연안종과 부유종이 같은 잔해물에서 서식하는 경우도 많이 존재했다고 한다. 연구진은 이를 통해 두 종은 상호작용하는 관계일 뿐만 아니라 연안종의 open ocean으로의 이동으로 인해 공간과 자원을 두고 경쟁하는 관계라고 설명했다.

두 번째로, open ocean 환경에서도 잔해물에 서식하는 연안종이 번식한다. 이는 연안종의 개체의 크기 분포가 다양하다는 점, 개체 중 새끼를 잉태한 암컷도 존재했다는 점에서 추측해볼 수 있다. 번식의 형태는 무성생식과 유성생식 둘 다 비슷하게 이루어졌다고 한다.

세 번째로, NPGP에서 발견되는 군집은 주로 잡식성이다. 이는 부유하는 플라스틱에서 조류(algae)나 박테리아가 형성하는 생물막(bacterial biofilm, 박테리아류가 뭉쳐져 있는 형태로 유체에 의해 잘 쓸려나가지 않는다)이 더 잘 형성되는 환경에 맞추어서 식성이 변화한 것으로 추정된다고 한다.

네 번째로, 일본 연안에서 발견되는 생물종들이 NPGP에서도 발견되었다. 이는 쓰나미에 의해 쓸려온 플라스틱 잔해물에 존재하던 생물종으로 추정된다고 한다.

이 연구는 플라스틱 쓰레기가 해류에 의해 쓸려나가 생존에 불리한 환경에 처한 생물군이 생존하기에 적합한 환경이 된 것임을 시사한다. Plastisphere(자연에 버려진 플라스틱에서 살아갈 수 있도록 진화한 생태계)가 형성이 된 것이다.

 

Obligate neuston의 NPGP에서의 서식

2023년 5월 Chong과 동료 연구진들이 NPGP 내부에 떠다니는 수표생물의 밀도가 외부보다 더 높게 나타났다는 논문을 공개했다. NPGP 내부와 외부에서 생물군을 채집하여 군집밀도를 분석한 결과 NPGP 외부보다 내부의 경우가 훨씬 서식하는 생물 개체수가 높게 나온 것이다.

연구에서는 NPGP 내부의 생물군 파악을 obligate neuston의 밀도분석을 타겟으로 하여 진행된다. Obligate neuston - 아직 한국어 공식 명칭이 없으니 영어로 쓴다 - 는 자포동물, 연체동물 등 무척추동물들로 이루어진 생물분류군으로 그중 수역의 표면에 존재하는 필름을 통해 물에 떠다니는 유기체들을 말한다. 일반 neuston과의 차이점은 앞에 붙은 obligate라는 단어를 통해 알 수 있는데, 생물학에서 분류군 앞의 'obligate-'는 '절대-'로 번역되며 생물에게 맞는 환경에서만 살아갈 수 있는 생물군을 말한다. 예를 들어, 절대혐기성균(obligate anaerobes)의 경우 산소에 노출될 시 바로 사멸한다는 점을 생각하면 무조건 산소가 없는 환경에서만 살 수 있는 생물군이라 생각하여 이해하면 편하다.

[자료 3. obligate neuston에 해당하는 종]

출처 : PLOS BIOLOGY

Neuston은 해수 표면의 막에 달라붙어 물 위에서 살 수 있는 생물군을 의미한다. 그렇기에 obligate neuston은 film에 의해 물에 떠다닐 수 있는, 스스로 이동성이 없어 그저 바다의 해류에 따라 이동하는 생물군을 의미한다. 번식 부분에서 보자면 obligate neuston은 번식을 위해서는 번식하고자 하는 두 개체 간의 거리가 짧아야 한다는 특성 또한 가지고 있다. 따라서 obligate neuston은 번식을 위해서 군집 밀도가 높은 경우를 선호할 뿐만 아니라, 해류에 의해 한군데로 모이게 되어 군집 밀도가 높아질 수 있다는 특징을 가졌다.

그렇기에 연구팀은 obligate neuston의 해류에 따라 움직이고 밀집되는 특성과 NPGP의 쓰레기들 또한 북태평양 해류에 의해 모여진 것이라는 분석을 통해, obligate neuston과 NPGP의 플라스틱이 같은 해류를 타게 된다면 obligate neuston이 NPGP 내부에 모이게 될 것이라 예측했다. 실험에서의 주목적은 NPGP 외부와 내부 간의 obligate neuston의 군집 밀도 차이였기에 실제 군집 밀도에 차이를 보이는지, 이런 차이점을 보이게 된 이유는 무엇인지 분석하는 데에 집중하여 진행되었다.

 

Obligate neuston에 대한 연구결과

연구팀은 2019년 6월부터 8월까지 총 80일 동안 manta trawl과 neuson net을 통해 NPGP 외부와 내부지역의 해수 표면에서 샘플들을 채집하였고, 쓰레기섬 내부 12곳과 외부지역 10곳으로 총 22개의 생물군 샘플을 획득하였다. 샘플들을 분석해보니 neuston에 속하는 5개의 속인 Velella, Porpita, Janthina, Glaucus, Physalia 이 조사되었고 상용로그를 통해 neuston 5개 속과 플라스틱의 NPGP 내부와 외부에서의 밀도를 조사해 얻은 결과(results)와 논의(discussion)는 아래와 같다.

첫 번째로, 5개 속 중 2개 속(Glaucus, Physalia)은 외부와 내부에서의 군집밀도에 차이점이 발견되지 않았으나, 3개 속(Velella, Porpita, Janthina)의 경우에는 외부보다 내부에서 군집밀도가 더 높게 나왔다. 군집밀도가 왜 높게 나왔는지 정확히 알 수는 없으나 군집밀도의 차이는 곧 개체들의 번식으로 인한 개체 수 증가로 이어진다고 추측할 수 있다.

두 번째로, Janthina 와 Glaucus 의 경우엔 먹이활동과 번식활동을 위해 이동성이 중요한 개체들이 존재하는데, 이들의 경우 다른 속들보다 플라스틱 조각에 붙어 존재하는 경우가 있었다고 한다. 이는 선행연구에서도 밝혀진 바에 따르면 플라스틱 조각에 달라붙는 것이 해류에 의해 떠있는 경우보다 산란하기 수월하고 서식지 측면에서도 더 선호되는 공간이기에 그런 것으로 추측할 수 있다.

세 번째로, 보통 물 표면보다 slick 부위에 더 많은 개체군과 플라스틱이 존재한다. slick이란 자연에서 만들어진 오일이나 표면 장력파에 의해 모인 불순물들이 물 표면에 떠다니는 부위로 보통 물 표면보다 더 끈적한 것으로 알려져 있다.

연구진은 이 실험에서 플라스틱이 모인 쓰레기장소가 생태학적 시스템에서 'neuston seas'로써 역할하며 영향을 끼칠 것이라 하였다. Obligate neuston은 플라스틱 쓰레기를 섭취하는 주 생물종인 바다거북, 레이산알바트로스(laysan albatross, 북태평양 전역에 걸쳐 서식하는 새) 등의 주 식량원이기도 한데, 식량원이 밀집되어 있는 장소가 존재한다는 것은 이를 소비하는 포식종들에게도 영향을 미치기 때문이다. 따라서 obligate neuston의 밀집은 이런 먹이사슬에도 영향을 끼친다는 것이다.

 

선행연구와의 상대되는 결론

그러나 의문이 드는 점은 실제 결과에서 비록 군집 밀도가 내부가 높은 경우가 있었으나 이에 상응하는 결과 또한 존재한다는 것이다. 위 Chong의 연구결과에서는 Velella 속이 NPGP 내부에서 군집 밀도가 높은 것으로 나타났으나, 선행연구였던 Egger의 연구 결과에서는 NPGP의 외부에서가 NPGP 내부보다 더 높게 나온 것이다. 또 위에서는 NPGP 내부가 외부보다 밀도가 높게 나타난 Janthina 도 Egger의 결과에서는 오히려 NPGP와 연안 바다의 경계에서의 밀도가 더 높게 나타났다고 한다.

첫 번째는 이런 neuston의 군집 크기가 한 해의 시기에 따라 변하기 때문이다. 각 생물종마다 탄생부터 번식, 죽음까지의 생활사가 다르게 존재한다는 점에 따라 조사한 생물군의 생활사에 맞추어 결과가 다르게 나올 수 있다. 이 연구진이 조사한 시기는 2019년 6월부터 8월까지로 여름 시기였으나, Egger의 경우엔 2015년 8월과 2019년 11월과 12월 사이로 두 연구 간의 시기 차이가 존재할 수 있다.

두 번째는 생물군의 다양성 때문이다. 예를 들자면, Velella 종은 sail 형태를 지니고 있는데 이것이 기울어진 방향에 따라 왼쪽이면 NW-type, 오른쪽이면 SW-type이라고 하는데 이 연구와 Egger의 연구에서 조사된 Velella 종의 구분이 제대로 이루어지지 않아서 차이가 있을 수 있다고 한다.

따라서 두 결과 중 어느 결과가 맞다고 결론 내릴 수 없으며, 확인할 수 있는 것은 플라스틱 생태계에서 neuston이 더 잘 번식한다는 것뿐이다.

 

Plastisphere에 대한 후속연구의 필요성

위의 연구 결과들은 보통 플라스틱에 의해 발생하는 생물군의 피해가 아닌 플라스틱으로 인해 긍정적인 영향을 받은 생물군에 대해 다뤘다는 점에서 새로운 생태계에 대한 조사를 이끌었다. 그러나 연구 결과에 대한 추가적인 설명이 빈약한 경우가 많은데, 이는 관련된 후속 연구나 자료가 부족한 실정이기 때문이다. 따라서 추가적인 쓰레기 섬 생태계에 대한 설명을 위해서는 더 많은 후속 연구가 진행될 필요가 존재한다.

추가적으로, 쓰레기 섬의 생태계에 대한 연구가 진행된다면 그곳에 서식하는 생물군에 쓰레기 섬 청소가 어떤 영향을 미칠지, 더 나아가 plastisphere의 제거가 쓰레기 섬 연안에 서식하는 생물군에 어떤 영향을 끼칠지 알 수 있다. 생물계는 모든 시스템이 연관되어 있기 때문이다.

인간에 의해 버려진 쓰레기에 의해 생겨난 새로운 생태계, plastisphere. 이 생태계가 연안의 생물군에 어떤 영향을 미칠지, 이런 변화가 우리에게 어떤 영향을 줄지. 그 잠재력을 알기 위해선 미지의 분야로의 탐험이 필요하다.

 

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쓰레기섬에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "[Remake]'해양쓰레기섬', 그만 커질 때도 됐지 않아?", 23기 김예진, https://renewableenergyfollowers.org/4117

[Remake]'해양쓰레기섬', 그만 커질 때도 됐지 않아?

2. "우리는 답을 찾을 것이다. 늘 그랬듯이", 21기 이태환, 22기 류나연, https://renewableenergyfollowers.org/3985

우리는 답을 찾을 것이다. 늘 그랬듯이

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참고문헌

[쓰레기섬에서 생물군집이 발견되었다고?]

1) NOAA, Marine Debris Program, "Garbage Patches", https://marinedebris.noaa.gov/movement/great-pacific-garbage-patch

[쓰레기섬에서의 생물군의 존재 가능성]

1) Egger Matthias, Quiros Lauren, Leone Giulia, Ferrari Francesco, Boerger Christiana M., Tishler Michelle, "Relative Abundance of Floating Plastic Debris and Neuston in the Eastern North Pacific Ocean", Frontiers in Marine Science, vol.8, 1-13, 2021.

[NPGP에서의 연안종의 서식과 플라스틱 잔해물의 영향]

1) Haram, L.E., Carlton, J.T., Centurioni, L. et al, "Extent and reproduction of coastal species on plastic debris in the North Pacific Subtropical Gyre", Nat Ecol Evol, vol.7, 687–697, 2023.

2) let's talk science, "Ocean zones", 2021.11.29, https://letstalkscience.ca/educational-resources/backgrounders/ocean-zones

[Obligate neuston의 NPGP에서의 서식]

1) Chong F, Spencer M, Maximenko N, Hafner J, McWhirter AC, Helm RR, "High concentrations of floating neustonic life in the plastic-rich North Pacific Garbage Patch", PLoS Biol, vol.21, 5, 2023.

[Obligate neuston에 대한 연구결과]

1) Chong F, Spencer M, Maximenko N, Hafner J, McWhirter AC, Helm RR, "High concentrations of floating neustonic life in the plastic-rich North Pacific Garbage Patch", PLoS Biol, vol.21, 5, 2023.

[선행연구와의 상대되는 결론]

1) Chong F, Spencer M, Maximenko N, Hafner J, McWhirter AC, Helm RR, "High concentrations of floating neustonic life in the plastic-rich North Pacific Garbage Patch", PLoS Biol, vol.21, 5, 2023.

2) Egger Matthias, Quiros Lauren, Leone Giulia, Ferrari Francesco, Boerger Christiana M., Tishler Michelle, "Relative Abundance of Floating Plastic Debris and Neuston in the Eastern North Pacific Ocean", Frontiers in Marine Science, vol.8, 1-13, 2021.