대발생

대발생이란 환경 변화나 오염 등에 의해 해양이나 담수에 사는 시아노박테리아, 미세조류, 와편모충류 등이 개체수가 비정상적으로 급증하여 산소고갈 독성물질 분비 및 축적 등을 통해 인간활동, 해양생물, 및 양식어패류에 영향을 미치는 현상이다. 대양에서 일어나는 원석조강(coccolithophore)이나 규조류(diatom)의 대발생의 경우 기후 변화 연구와 관련된 생지화학적인 의미가 크다.

그림 1. 아일랜드 부근 해양의 조류 대발생. 유럽우주국의 Envisat 위성의 중간해상도이미징분광분석기의 "ocean colour sensor"로 얻은 이미지. 플랑크톤은 현미경으로 관찰해야 할 정도로 작지만, 광합성에 관여하는 엽록소에 의해 바닷물 색상의 변화를 일으킨다. 300 m 해상도 2010년 5월 23일 촬영 (출처: )

목차

적조(red tide)나 녹조라는 용어를 언론에서 자주 접하지만, 이는 인간의 활동이나 다른 해양 동물에게 안 좋은 영향을 미치는 유해조류 대발생 또는 유해적조(harmful algal bloom)를 지칭하는 부정적 용어라고도 할수 있다. 학술 논문이나 해양학 및 생물학 관련 글에는 조류 대발생(algal bloom) 또는 넓은 의미로 대발생(bloom)이라는 용어의 사용이 바람직 하다. 대발생이 꼭 식물성 플랑크톤(phytoplankton)과 조류(algae)에서만 일어나는 것은 아니며, 야광충(Noctiluca scintillans) 같은 와편모충류(dinoflagellate), 시아노박테리아, 규조류(diatom), 원석조강(coccolithophore) 등 다양하다.¹⁾ 특히 규조류나 원석조강의 대발생의 경우 바이오매스 생성과 더불어 외골격에 규소나 칼슘탄산염을 축적한 후 가라 않아 규조토(diatomaceous earth)나 백악(chalk)과 같은 해저 퇴적지형을 생성할 수 있다. 광합성을 하는 시아노박테리아의 대발생이 지질학에서 말하는 원생누대(Proterozoic) 대기 중의 '산소의 급증 사건'(Great Oxidation Event)의 원인이라는 가설들이 제시되고 있다.²⁾³⁾⁴⁾

원석조강에 속하는 에밀리니아 훅슬리아이(Emiliania huxleyi) 대발생(그림 1)의 경우 기후 변화와 관련하여 이산화탄소 저감 뿐 아니라 DMSP 발생으로 인해 주목 받았다. 탄산칼슘으로 이루어진 외골격을 가진 에밀리니아 훅슬리아이(그림 2)가 생산하는 DMSP (dimethylsulfoniopropionate)는 해양에서의 황 순환 과정을 통해 구름을 형성하고 이는 지구의 반사율(albedo)를 증가 시켜 태양광의 입사량을 감소시키는 것으로 추정되고 있다.¹⁾ 그러나 높은 이산화탄소 농도 및 수온 상승 그리고 증가된 광량이 에밀리니아 훅슬리아이의 실험실 조건 배양에 미칠 긍정적인 영향은 제한적으로 관찰 되었으며, 추가적인 연구가 필요하다.¹⁾⁵⁾

어떤 플랑크톤이나 원생동물이 대발생 해도 독소를 생산하지 않고 물속의 산소를 고갈시키지 않는다면, 조류 대발생에 대한 연구 및 관심은 크지 않을 것이다. 그러나, 기후변화를 포함한 환경의 변화와 유해조류 대발생의 인과관계를 연구하는 것은 당연하다.¹⁾ 조류의 대발생의 원인에 대해서 외부요인인 미량 금속 원소(예를 들면 철 이온)나 질소 인산 등의 영양염류의 유입, 기온의 상승 및 대기 중 이산화탄소의 증가 등을 배제할 수는 없을 것이다. ¹⁾⁶⁾⁷⁾

유해조류 발생이 질소 인산 규소 등의 대량영양소에 의한 부영양화 뿐 아니라 비타민 B₁ 및 B₁₂의 영양요구성(auxotrophy)에 의해 제한을 받을 수 있다는 유해 조류 배양 연구결과도 있다.⁸⁾ 실제로 연안 환경에서 비타민 B군의 농도가 식물성 플랑크톤 및 해양 세균의 군집의 구성에 영향을 미쳐서 일차 생산 및 탄소 격리 효율에 영향을 미칠 수 있을 가능성이 제시된 것과 비슷한 주장이다.⁹⁾

유해조류의 대발생의 결과는 신경독소의 발생 및 먹이그물의 축적으로 인한 해양 생물(포유동물, 조류, 어패류, 거북이)의 집단 폐사가 일어날 수 있으며, 유해 조류의 호흡 및 미생물의 유기물 분해로 인한 물속의 산소를 고갈을 유발하며 이는 여가 활동의 위축이나 양식장의 경제적 손실을 초래한다. 시아노박테리아의 대발생시 담수나 기수 환경에서 가축이나 인간이 쉽게 시아노톡신(cyanotoxin)에 노출되는 중독사고가 흔한 것으로 알려져 있다.¹⁰⁾¹¹⁾

한편, 조류 대발생(algal bloom)으로 인해서 담수환경의 먹이그물의 메틸수은 축적을 오히려 감소시켜 줄 수도 있다는 보고도 있다. 조류가 적게 사는 호수보다 부영양화로 인해 녹조가 발생하는 호수의 물고기 체내 메틸수은 축적이 적은것으로 관찰된다. 조류 대발생으로 인한 조류 세포가 흡수하는 메틸수은 농도가 상대적으로 희석되는 것으로 그 이유를 설명하기도 한다.¹²⁾

그림 2. 원석조강(coccolithophore)에 속하는 에밀리아니아 훅슬레이(Emiliania huxleyi)의 주사 전자현미경사진. (출처: )

시아노톡신(cyanotoxin), 영양요구성(Auxotrophism), 원생동물, 조류 대발생(algal bloom), 와편모류(dinoflagellates), 규조류(diatoms), 바이오매스, DMSP, 산소 급증 사건(Great Oxidation Event)

오현명/부경대학교

정원희/중앙대학교

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