<사진. 우즈홀 해양 연구소 용수로에서 헤엄치는 별 상어
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

먹이의 냄새를 맡는 상어의 능력을 소실시키는 해양 산성화

대기 중 이산화탄소(carbon dioxide) 수준의 상승으로 유발된 증가된 해양 산성화(ocean acidification)가 먹이의 냄새를 맡는 상어(shark)의 능력을 소실시킬 수 있다고 새로운 연구는 제안했다.

상승된 이산화탄소 수준이 미국 동부 대서양에 광범위하게 서식하는 상어인 별 상어(smooth dogfish)의 냄새를 추적하는 행동 양식(odor-tracking behavior)을 손상시킨다고 동 연구는 밝혔다. 다 자란 상어는 이산화탄소로 처리한 물에서 헤엄친 후 오징어 냄새(squid odor)를 상당히 피했다. 테스트된 이산화탄소의 농도는 이번 세기 중반과 2100년에 대하여 예측된 기후 조건과 일치했다. 동 연구는 자연에서 포식자-피식자 상호 작용(predator-prey interaction)이 해수의 상승된 이산화탄소 농도에 영향을 받을 수 있다고 제안했다.

상어의 추적 행동 양식(tracking behavior)과 공격 행동 양식(attacking behavior)이 크게 감소됐다고 조지아 공과대학 생물학부(School of Biology at the Georgia Institute of Technology in Atlanta) 소속의 조교수인 Danielle Dixson은 밝혔다. 상어는 수영하는 코(swimming noses)와도 같다. 따라서 화학적 신호는 먹이를 찾는 관점에서 상어에게 상당히 중요하다.

이 연구는 먹이의 냄새를 감지하는 상어의 능력이 세기의 전환기까지 해양에서 예측되는 산성도 수준(acidity level)을 시뮬레이션한 조건 하에서 처음으로 테스트됐다. 이 연구는 해양 산성화가 감각 기능(sensory function)을 손상시키고, 해양 유기체의 행동 양식을 변경시킨다는 것을 보여준 Dixson과 다른 연구진이 수행한 최신 연구를 뒷받침하고 있다. 이 연구는 Global Change Biology 저널 온라인 판에 발표됐으며, 미국 국립과학재단(NSF; National Science Foundation) 후원으로 수행됐다.

대기로 배출된 이산화탄소는 해수로 흡수 및 용해되어 해수의 pH를 더 낮춘다. 산성수(acidic water)는 신경계를 가지고 있는 대부분의 해양 유기체에 존재하는 GABAA라고 불리는 신경계에 특별한 수용기(receptor)를 방해함으로써 어류 행동 양식에 영향을 끼친다. GABAA가 작동을 중단하면, 신경 세포(neuron)는 적절한 발현을 멈춘다.

Dixson의 이전 연구는 해저로 이산화탄소가 스며든 산호에 서식하는 어류가 일반적인 산호에 서식하는 어류보다 포식자 냄새(predator odor)를 감지하는 능력이 더 적었다는 것을 보여주었다. 호주 제임스 쿡 대학(James Cook University) 소속이며, 이 연구의 공동 저자인 Philip Munday는 작은 산호 포식자 어류인 도티백(dottyback)이 미래 예측되는 해양 산성화 조건을 시뮬레이션한 해수에서 먹이에 관심을 잃는다는 것을 이전의 연구에서 보여 준 바 있다.

미국 우즈홀 해양 연구소(Woods Hole Oceanographic Institute)에서 수행된 새로운 연구의 실험에서 지역 해수로부터 포획한 24 마리의 상어가 10 미터 길이의 용수로(flume)에서 연구됐다. 용수로는 두 개의 레인이 보유하고 있는 수영장과 유사했다. 오징어로부터 나는 냄새가 용수로의 한 쪽 레인에 주입된 한편, 일반적인 해수가 다른 한편에 투입됐다.

상어는 탱크의 한 쪽보다 다른 쪽을 선호하는 경향이 있었으며, 따라서 연구진은 각각의 상어에 대한 측면 선호도(side preference)를 평가했다. 이후 연구팀은 상어가 먹이 신호를 추적하는 것을 확보하기 위하여 일반적인 해양 조건 하에서 제어 실험을 운영했다. 현재 해수 조건 하에서, 개별적인 상어의 자연적인 측면 선호도에도 불구하고 상어는 오징어 냄새가 나는 기둥을 함유하고 있는 측면에서 대부분의 시간을 보내기 위하여 용수로에서 상어 자신들의 위치를 조절했다.

다음으로, 상어는 ① 현재 지역 해수 농도(405 ± 26 μatms(microatmospheres) CO2), ② 예측된 이번 세기 중반 농도(741 ± 22 μatms CO2) 및 ③ 2100년에 대하여 예측된 농도(1,064 ± 17 μatms CO2) 등 세 가지 다른 이산화탄소 농도의 풀(holding pools)에서 5일을 보냈다. 상어는 먹이 냄새를 추적하기 위하여 동기화됐다는 것을 증명하기 위하여 풀(holding pools)에 있는 동안 먹이를 섭취시키지 않았다. 이후 상어가 용수로 방출되었으며, 상어의 추적 행동 양식이 관찰됐다.

일반적인 해수 풀과 중간 수준의 이산화탄소 풀에서 시간을 보낸 상어는 먹이 자극을 포함하는 물 흐름에서 60% 이상의 시간을 보냈다. 높은 농도의 이산화탄소 농도를 나타내는 풀에서 시간을 보낸 상어는 먹이 자극을 포함하는 물 흐름에서 15%의 미만의 시간을 보냈다. 이러한 상어는 자연적인 선호도의 용수로 한 쪽 측면에 있을 때조차 냄새 기둥을 피했다.

상어에게 공격할 목표를 제공하고, 보다 우수한 기둥 흐름을 만들기 위하여 벽돌을 통하여 투입됐다. 또 상어는 중간 및 높은 이산화탄소 조건 하에서 상어의 공격 행동 양식이 감소했다. 상어가 제어군과 비교하여 벽돌에 부딪히거나 벽돌을 베어 무는 행동 양식의 감소를 나타냈다고 Dixson은 밝혔다. 이것은 상어가 먹이에 관심이 없는 것을 의미한다.

이산화탄소에 대한 노출은 상어의 전반적인 활동 수준에 상당한 영향을 끼치지는 않았다. 다른 해수 조건이 유지되는 심박동수의 지표인 상어의 아가미 속도(gill rate)는 상당히 다르지 않았으며, 이러한 사실은 상어에 대한 스트레스에서 차이가 실험적 결과에 영향을 끼치는 것은 아니라는 것을 제안하고 있다. Dixson은 이 연구가 실험실 조건 하에서 수행됐으며, 따라서 별 상어의 포식자 능력에 대한 해양 산성화의 가능한 효과를 완전하게 평가할 수는 없다고 지적했다.

상어가 전기적 펄스를 검출하기 위한 능력과 청력 등과 같은 다른 감각으로 먹이를 감지할 수 있기 때문에, 살아 있는 먹이는 냄새 신호로 이용될 수 없다. 냄새 신호를 이용함으로써, 연구진은 상어의 화학적 감각에만 초점을 맞추었다. Dixson의 향후 연구는 상어의 다른 감각이 해양 산성화에 의해 어떻게 영향을 받는지 조사할 것이다.

상어는 고대 종으로 과거에 미래에 대하여 예측된 해양 산성화에 적응했다. 그러나 상어는 현재처럼 급속하게 일어나는 변화에 적응하지 못한다. 우려할 점은 변화의 속도이다. 상어는 이러한 빠른 변화를 다뤄보지 않았다고 Dixson은 밝혔다.

“상어에서 냄새 추적이 미래 해양 산성화 조건 하에서 감소됐다.(Odor tracking in sharks is reduced under future ocean acidification conditions)”라는 제목의 논문은 http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.12678/full에서 확인할 수 있다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr