<사진. 물(노란색)에 현탁 된 바다 새우(흰색)와 입자. 바다 새우에 의해 형성되는 해류의 모습이다.
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

레이저를 이용한 동물성 플랑크톤과 해류의 관계 연구

바다 새우의 일종인 씨몽키(Sea monkeys)는 그들의 생활 주기를 관찰할 수 있다는 점에서, 어린이들의 취미 생활과 수족관 관람에 많은 인기를 끌고 있다. 탈수 상태가 된 알로 판매되는 이 작은 브라인 슈림프(brine shrim, 갑각류 새각목의 절지동물, 사육하는 바닷물고기의 먹이로 이용함)는 쉽게 부화하고, 성장하여, 주어진 염수 탱크에서 짝짓기를 한다. 비록 물리학자들이 다른 동물성 플랑크톤처럼, 이들의 단기적 형태에 관심이 있기는 하지만, 흥미롭게도, 이 바다 새우는 빛의 변화에 따라, 대규모 집단이 수직으로 이동한다. 이들은 밤에는 표면 가까이 올라오고, 낮에는 다시 물 깊은 곳으로 이동하는 매우 독특한 패턴을 보인다. 캘리포니아 공과 대학의 두 연구진은 이러한 패턴이 집단 내의 개별 유기체로 이루어진 합보다 훨씬 더 큰 해류를 생성한다고 실험적으로 입증하였다. AIP가 출판하는 Physics of Fluids에 발표된 이들의 연구 논문은 작은 해양 생물의 집단적인 움직임이 바람이나 파도에 필적할만한 수준으로 글로벌 해류 순환 패턴에 영향을 미친다고 제안했다.

바다 새우(아르테미나 살리나, Artemia salina)는 빛에 반응하는 주광성(phototaxis)을 띠고 있는데, 이는 광원을 향해 이동하는 경향을 뜻한다. 연구원인 Monica Wilhelmus와 John Dabiri는 레이저를 이용하여, 대형 물탱크 안에 있는 작은 갑각류 무리를 수직으로 이동시키는 실험을 수행하였다. 파란색 레이저가 탱크의 측면을 따라 위쪽으로 향할 때, 이들 바다 새우는 위쪽으로 이동하기 시작했다. 물탱크 위쪽의 녹색 레이저는 중심을 향해 쏘여진다. 해류를 시각화하기 위하여, 그들은 은으로 코팅된 미세한 유리 구체를 물 안에 집어넣고, 초고속 카메라를 통해서, 바다 새우의 이동에 따른 해류의 변화를 관찰했다.

이전의 연구에서는 단일 플랑크톤이 물을 통해 움직일 때, 작은 교란이 생성되는 것을 관찰할 수 있었다. 개별적 촬영을 통해, 이러한 해류가 전체 해양 흐름의 패턴에 영향을 주기에는 충분하지 않다는 것을 발견했다. 그러나 연구진이 행한 실험에서 보여주듯이, 두 개나 그 이상의 유기체가 서로 가까이 근접하면, 그들이 만든 소용돌이는 좀 더 강력하게 소용돌이치는 유체력을 생성하고, 이는 좀 더 큰 규모의 물 순환에 영향을 끼칠 수 있다. “이 연구는 이전에는 전례 없는 생물과 해양 물리 사이의 놀라운 양방향 결합을 제안한다. 바다의 유기체들은 집단 수영을 통해서, 자신의 환경에 영향을 미치는 놀라운 능력을 지니고 있다”고 Dabiri가 말했다. 해류는 염분이나 영양소, 그리고 열을 대양에 걸쳐 분포한다. 해류는 파도나 바람에 기인하지만, 이 연구 결과는 살아있는 생물도 이에 한몫을 한다고 제안한다. 이 결과물은 2009년 Nature 저널에 발표한 Dabiri의 이론적 모델을 실험적으로 뒷받침하고 있다. 그는 Nature에서, 해류에 미치는 해파리의 효과를 분석하고, 좀 더 작은 생물에 적용할 수 있는 모델을 제안했다.

연구진은 해양 환경을 밀접하게 모방하기 위하여, 물 밀도가 아래로 갈수록 커지는 탱크에서, 이러한 실험을 수행하고자 희망한다. “만약 똑같은 현상이 실제 해양에서도 일어나면, 이는 대양의 생물량이 열이나 염분, 그리고 영양소 등에 영향을 미친다는 것을 입증하는 것”이라고 그는 말했다. 작은 생물은 해양 생물량의 대부분을 구성하기 때문에, 연구진은 이들의 이동 패턴이 바람이나 파도와 맞먹는 엄청난 양의 힘을 발휘한다고 추정한다. 수조 내부에서, 바다 새우는 애완동물의 역할을 하지만, 그들의 자연 서식지에서는 글로벌 환경에 영향을 미칠 수 있다고 연구진은 제안했다.

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