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[바이오토픽] 이번 주 Nature 커버스토리: 고래, 상상을 초월하는 어마무시한 대식가(大食家)
생명과학 양병찬 (2021-11-05)

이번 주 Nature 커버스토리: 고래, 상상을 초월하는 어마무시한 대식가(大食家)

 

이번 주 《Nature》 표지에는, 캐나다 브리티시 컬럼비아주(州)의 밴쿠버 섬 앞바다에서 돌진섭식(lunge-feeding)을 하는 혹등고래(humpback whale)의 모습이 실렸다. 혹등거래를 비롯한 수염고래(baleen whale)들은 어마어마한 양의 먹이를 소비하지만, 정확한 섭취량을 알아내기는 여간 어려운 일이 아니었다.

이번 주 《Nature》에 실린 논문에서(참고 1), 스탠퍼드 대학교의 연구팀은 '고래의 위치 추적'과 '피식자 밀도의 음향측정'을 결합하여, 수염고래가 지금껏 추정했던 것보다 세 배나 많은 양의 크릴을 섭취하는 대식가라는 사실을 발견했다.

또한 연구팀의 계산에 의하면, 포경 이전의 개체군(pre-whaling population)이 남극해(Southern Ocean)에서 매년 4억 3천만 톤의 남극 크릴(Antarctic krill)을 섭취했다고 한다. 이는 고래의 개체군이 늘어날 경우 영양소 순환(recycling of nutrients)이 '근본적으로 다른 생태계'를 뒷받침할 만큼 가속될 것임을 시사한다.


▶ 지금껏 지구상에 존재했던 최대(最大)의 동물로서, 고래가 왕성한 식성을 가진 것은 당연하다. 그러나 지금까지 연구자들은 그들의 식성이 '진짜로 얼마나 큰지' 전혀 감을 잡지 못했다. 한 새로운 연구에서, 수염고래(baleen whales)—빗(comb)처럼 생긴 구강 구조(mouth structure)를 이용하여 여과섭식(filter feeding)을 하는 14종(種)의 고래들—는 평균적으로 종전에 생각됐던 양의 3배에 해당하는, 엄청난 식성을 가진 것으로 밝혀졌다. 그들의 먹잇감에게는 '나쁜 소식'처럼 들릴지 모르겠지만, 이번 연구는 수염고래가 바다에게 커다란 은인(恩人)임을 시사한다. 먹잇감을 향해 돌진한 후 바닷물을 여과함으로써, 국지적인 바닷물 속의 영양소를—마치 쟁기질을 하는 것처럼—마구 휘젓기 때문이다. 그리고 해저에서 먹이를 먹은 후 해수면에서 배설함으로써, 바닷속의 영양소를 수직으로 순환시킨다.

"고래는 단순한 경이로움의 수준을 넘어서는 가치를 지니고 있다"라고 캘리포니아 주립대학교 풀러턴 캠퍼스의 시렐 카하네-라포(해양생물학)는 말했다. 이번 연구에 참가했을 때, 그는 스탠퍼드 대학교의 홉킨스 해양본부(HMS: Hopkins Marine Station)에서 박사과정을 밟고 있었다.

HMS의 생태학자인 매튜 사코바는 '고래가 얼마나 많은 플라스틱을 먹는지'를 이해하려 노력하던 중, 그보다 훨씬 더 기본적인 의문을 해결해야 한다는 점을 깨달았다: "양껏 먹는다면, 고래의 뱃속에는 도대체 얼마나 많은 먹이가 들어갈까?" 그는 추정치만 존재할 뿐이라는 데 깜짝 놀랐고, 그 추정치가 '해변에 떠내려오거나 사망한 고래의 위 내용물(stomach content)'에 기반한 개략치이거나 대사적 계산치(metabolic calculation)임을 알고 경악했다.

▶ 그래서 사코바와 카하네-라포는 동료들과 함께 드론·수심측정기·흡착식추적장치를 이용하여, 321마리의 (먹이를 사냥하는) 고래들을 추적했다. 그들은 2010년부터 2019년까지, 대서양·태평양·남극해에서 7종의 고래—대왕고래(blue whale), 혹등고래, 참고래(fin whale) 포함—에 관한 데이터를 수집했다. 사보카에 의하면, 데이터를 수집하는 데는 수완, 팀워크, 적응이 요구되었다고 한다. "흔들리는 배 위에서 뭔가를 한다는 게 얼마나 힘든 일인지, 아무리 과장해도 지나치지 않다"라고 그는 말했다.

연구팀은 고래가 많이 활동하는 지역에서, 소형 고속단정(RIB: rigid-hulled inflatable boat)을 타고 연구에 착수했다. 고래에게 추적장치를 부착하기 위해, 한 팀원은 뱃머리에서 길이 3미터의 장대—끝부분에 장치가 연결되어 있다—를 들고 하염없이 서 있었다. 그러다가 고래가 휴식 및 호흡을 위해 해수면에 떠오르면, 선장이 '집채만 한 고래' 옆에 보트를 바짝 갖다 댔다. "그건 마치 견인 트레일러 옆에 승용차를 세우는 것 같았다"라고 사코바는 술회했다.

흡착기(suction cup)는 고래를 괴롭히지 않는 듯하며, 전형적으로 하루 동안 버틸 수 있다. 흡착기가 고래의 몸에 달라붙어 있는 동안, 추적장치는 비디오·오디오·GPS·가속도계(accelerometer)를 이용하여 고래의 움직임을 모니터링한다. 가속도계는 고래가 식사하는 동안 '먹이가 포함된 바닷물'을 벌컥벌컥 들이마실 때 폭발적인 스피드를 측정하며, GPS는 고래가 시야에서 사라졌을 때 어디로 사냥하러 갔는지 추적한다. 드론은 상공에서 영상을 촬영하여, 연구팀으로 하여금 고래의 몸집—그리고 입 크기—을 정확히 측정하도록 도와준다. 보트의 밑바닥에서는 첨단 음향측정기술이 '먹잇감이 얼마나 빽빽이 모여 있는지'를 보여주는 영상을 제공함으로써, 연구자들로 하여금 '포식자가 한 입 들이마실 때마다 얼마나 많은 피식자가 유입되는지'를 계산하게 해 준다. "고래에서 완벽한 샘플이 수집된 것은, 모든 팀원의 협동작업 덕분이었다"라고 카하네-라포는 말했다.

이처럼 끈질기고 지난(至難)한 연구 결과, 수염고래는 평균적으로 과거의 추정치보다 3배 많은 먹이를 섭취하는 것으로 밝혀졌다. 연구팀은 이상의 연구 과정 및 결과를 11월 2일 《Nature》에 발표했다(참고 1). 예컨대 북태평양산 성체 대왕고래 한 마리는 매일 평균 16톤의 크릴(미세한 갑각류)을 먹는데, 이 정도면 시내버스 한 대의 무게와 맞먹는다. 그에 반해 북극고래(bowhead whale)는 비교적 약소한 편으로, 하루에 약 6톤의 동물성 플랑크톤—쉽게 말해서, 코끼리 한 마리 무게—을 섭취한다. 또한 연구팀은 자신들의 새로운 추정치를 이용한 계산을 통해, "20세기에 포경 관행에 의해 몰살되기 전, 남극해의 수염고래들은 매년 지금보다 두 배 많은 4억 3천만 톤의 남극크릴을 먹었을 것"이라는 결론을 얻었다.

▶ 연구팀의 새로운 추정치는 또한, "가장 큰 포식자가 사라지면 크릴의 개체수도 감소한다"는 크릴 역설(krill paradox)이라는 개념을 뒷받침한다. 예컨대 포경이 특히 횡행하는 남극해의 한 지역에서, 크릴의 개체군 크기는 20세기 중반 이후 80% 이상 급감했다. 사보카에 의하면 그 이유는, "고래가 필수적인 생태계 서비스(예: 비옥화, 영양소 혼합)를 제공하는데, 그 서비스는 크릴이 번성하는 데도 필요하기 때문"이라고 한다.

이번에 새로 제시된 섭취량 추정치가 시사하는 것은, 고래가 종전에 생각됐던 것보다 더 많은 영양소(예: 철분)를 생성하고 혼합한다는 것이다. 이는 (먹이사슬의 기저를 이루는) 광합성 플랑크톤의 번성을 촉진함으로써, 고래에게는 '더 많은 크릴'을 제공하고 어장(fishery)에는 '더 많은 물고기'를 제공하게 된다. 또한 광합성은 대기 중에서 더 많은 이산화탄소를 끄집어낸다.

"이번 연구는 '고래의 감소가 해양생태계에 직·간접적 영향을 미친다'는 사실을 잘 일깨워 준다"라고 스리랑카의 해양보존단체인 오션스웰(Oceanswell)의 아샤 데 보스(해양생물학)는 말했다. "연구팀은 '산업적 포경 이전(pre–industrial whaling)의 세계'를 바라보는 데 필요한 기초자료를 제공했다."
 

☞ 바다에서 고래가 유도하는 철분 순환(iron cycle) (참고 2)

스탠퍼드 대학교 홉킨스 해양본부(HMS)의 연구팀은 "고래가 종전에 생각됐던 것보다 3배 많은 먹이를 먹는다"는 데이터를 제시했다. 고래의 활동에 의해 뒷받침되는 철분 순환 시스템(system of iron cycling)은 높은 수준의 지속 가능 섭식(high level of feeding sustainable)을 유지하는 데 기여하며, 포경으로 인해 고래의 개체수의 감소했을 때 크릴의 개체군(krill stock)이 감소한 이유를 설명할 수 있다.

철분의 가용성(iron availability)은 바닷물의 생산성을 제한하는데, 고래는 철분이 풍부한 먹이(예: 크릴)를 먹은 다음 먹이 속의 단백질을 동물성 지방으로 전환하며, 철분이 풍부한 먹이의 잔해를 배설함으로써 철분의 순환에 기여한다. 고래의 대변은 광합성 플랑크톤(예: 규조류)에게 철분의 공급원을 제공함으로써, 규조류(diatom)의 번성을 초래한다. 다음으로, 규조류는 먹이사슬을 따라 철분을 운반하다가 크릴에게 잡아먹힌다(크릴도 대변을 통해 철분을 배설한다). 또한 고래는 맹렬한 꼬리 운동을 통해 바닷물을 뒤섞음으로써 철분의 가용성을 향상시킬 수 있다.
 

바다에서 고래가 유도하는 철분 순환
※ 출처: Nature News & Views

 

 


※ 참고문헌
1. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03991-5
2. https://www.nature.com/articles/d41586-021-02951-3 (https://media.nature.com/original/magazine-assets/d41586-021-02951-3/d41586-021-02951-3.pdf)

※ 출처
1. Stanford University  https://news.stanford.edu/2021/11/03/researchers-find-whales-eat-expected/
2. Science News https://www.science.org/content/article/baleen-whales-eat-three-times-much-scientists-thought

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양병찬 (약사, 번역가)

서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리...

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  댓글 1 댓글작성: 회원 + SNS 연동  
회원작성글 naij23  (2021-11-12 10:36)
1
어릴 적부터 고래는 큰 몸집을 가지고 있음에도 아주 작은 플랑크톤만 먹는다는 사실이 신기했었는데, 이렇게 자세하게 읽어볼 수 있어서 유익했습니다. 신기하고 흥미로운 기사 감사합니다.
 
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