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'미호종개의 본향' 미호천 수질 악화…부영양화 심각
-----<20> 미호종개의 서식환경(5)

일반적으로 미꾸리와 미꾸라지는 탁한 물 혹은 더러운 물에 사는 물고기로 인식돼 있다.

이를 대변하듯 수년 전 어느 생태교실 참여자들을 대상으로 실시한 설문조사에서 응답자의 70% 이상이 그렇게 인식하고 있었다.

반면 쌀미꾸리나 수수미꾸리,종개류들은 대부분 맑은 물 혹은 깨끗한 물에 사는 물고기로 인식되고 있다.

이러한 경향은 비교적 나이가 많은 현지주민들 한테도 나타나고 있다. 특히 현지주민들은 대부분 쌀미꾸리와 수수미꾸리, 종개류를 싸잡아 '기름챙이', '지름챙이' 등으로 부르며 맑은 물과 연관시키고 있다.

우리나라 민물고기 가운데 '종개'라는 이름이 붙은 종은 모두 12종이다. 종개과의 대륙종개와 종개, 미꾸리과의 참종개,부안종개,미호종개,왕종개,남방종개,동방종개(이상 참종개속),기름종개,점줄종개,줄종개,북방종개(이상 기름종개속)가 그들이다.

이번 미호종개 시리즈 취재 과정에서 나타난 가장 큰 특징은 현지 주민들 대다수가 '종개'라는 이름을 모르고 있으며 그 대신 기름고기,기름미꾸라지,기름창이,기름챙이,지름챙이,양수래미,양수라미,양수라지,챙그래미 등으로 통칭한다는 점이다. 그러면서도 이들 물고기는 비교적 맑은 물에 사는 물고기로 알고 있었다.

따라서 현지 주민들은 이들 물고기가 점차 사라지는 원인을 각 하천의 수질 악화로 들고 있다. 미호종개의 본향인 미호천 주변마을 주민들 역시 같은 생각을 하고 있다.

미호천 팔결교 주변에서 70년 가까이 살고 있으면서 취재팀이 제시하는 사진을 통해 미호종개를 정확히 분별할 줄 아는 한 주민은 "70년대까지만 해도 미호천에 지천하게 사는 것이 미호종개였다. 장마철 큰 물이 지나가고 나면 논의 물꼬나 도랑, 개울 모래톱 주변에 수없이 모여들던 물고기가 바로 지름챙이로 불리던 미호종개였다. 하지만 80~90년대 이후 개울 물이 오염되면서 점점 사라지기 시작해 지금은 눈을 씻고 볼래야 볼 수 없을 만큼 사라졌다"고 증언했다.  

 "이곳이 미호종개의 본적지?"
미호천은 미호종개의 본적지격인 타입로컬리티로서 학술적으로 매우 중요한 위치에 있다. 그럼에도 불구하고 이번 조사결과 미호종개 서식 하천 중 가장 악화된 수질을 나타내고 있다. 사진은 미호천 팔결교 부근의 현재 모습./자연닷컴

■하천의 부영양화 문제

미호종개의 서식환경과 관련해 현지 주민들의 증언과 순천향대 해양생명공학과 방인철박사팀이 이번에 실시한 수질분석 결과는 시사하는 바가 크다. 왜냐 하면 현지 주민들의 증언은 미호종개의 습성은 물론 서식처의 수질 특성, 나아가 개체수 감소요인을 유추할 수 있는 귀중한 자료가 되기 때문이며, 이를 과학적으로 뒷받침 해주는 것이 수질분석 자료이기 때문이다. 특히 방박사팀은 이번 조사를 통해 수질오염 인자 중 인(P)과 질소(N) 성분의 농도에 대해 중점 분석함으로써 미호종개 서식처의 부영양화 문제를 크게 부각시켰다는 점에서 의미가 크다.

부영양화란 강과 호수 등의 수역에 오염물질이 다량 유입돼 물 속의 인, 질소 등의 영양분이 높아지는 현상으로 부영양화가 진행되면 플랑크톤이 과다하게 번식해 용존산소 소모, 투명도 저하, 악취발생, 물고기 폐사 등이 일어나기도 한다.
부영양화는 하천에 낙엽,고사목 등의 유기물질이 유입돼 자연적으로 나타나기도 하지만, 대부분의 경우는 인위적 요인에 의해 영양 물질의 유입량이 증가할 경우 이로 인해 영양소 순환 속도가 가속화 돼 조류 및 수생 식물의 광합성량이 이상적으로 늘어나 결국 유기물 총량이 급증하는 인위적 부영양화를 일컫는다.

부영양화를 일으키는 영양염류의 대표적인 것이 인과 질소로서 주로 인산염, 암모니아성 질소, 질산성 질소, 아질산성 질소 등의 농도 측정을 통해 그 정도를 분석한다.

부영양화가 진행되면 물 색깔이 녹색이나 갈색으로 변해 물의 투명도가 낮아질 뿐 아니라 pH, DO(용존산소량), 클로로필a 농도 등 각종 수질지표에 큰 영향을 미쳐 결국은 물고기와 같은 수생생물의 생장에도 악영향을 끼치게 된다.

특히 미호종개의 생태와 관련해서는 삶의 바탕이 되는 물의 질을 떨어뜨리고 하천바닥을 부식저질로 변화시키며, 또한 먹이가 되는 플랑크톤과 저서생물의 종 조성에 큰 영향을 미쳐 궁극적으로는 개체수 감소를 불러오는 하나의 요인으로 지적되고 있다.

◇수질분석 결과
방인철 박사팀이 실시한 수질분석 결과를 보면 우선 현존 최대 집단 서식처로 밝혀진 진천 백곡천의 경우 BOD 0.7~2.2㎎/L, COD 0.8~3.4㎎/L, 총질소(T-N) 1.649~2.856 ㎎/L, 총인(T-P) 0.014~0.075㎎/L, 부유물질(SS) 0.6~11.6㎎/L 로 분석된 반면 미호종개의 최초 발견지이자 타입로컬리티인 미호천은 BOD 0.6~3.2㎎/L, COD 4.1~7.3㎎/L, T-N 2.128~7.760㎎/L, T-P 0.096~0.240㎎/L, SS 4.2~34.2㎎/L 로 나타나 미호천의 수질이 크게 오염돼 있음을 알 수 있었다.

또한 미호종개 서식처의 부영양화 수준을 알아보기 위해 인산염,암모니아성 질소,질산성 질소,아질산성 질소 등 4개 항목을 검사한 결과 백곡천의 경우 각각 0.036㎎/L, 0.025㎎/L, 1.950㎎/L, 0.066㎎/L로 나타났고 미호천은 0.053㎎/L, 0.018㎎/L, 2.921㎎/L, 0.093㎎/L로, 갑천은 0.042㎎/L, 0.021㎎/L, 2.642㎎/L, 0.081㎎/L로, 지천은 0.030㎎/L, 0.025㎎/L, 1.624㎎/L, 0.065㎎/L로 조사됐다.

4개 부영양화 요소 중 질산성 질소 성분이 각 하천에서 모두 높게 나타나는 등 부영양화가 어느 정도 심화되고 있는 것으로 확인된 가운데 미호천과 갑천이 특히 높은 수치를 보여 인근 도시 및 공장의 영향을 많이 받고 있는 것으로 분석됐다.

이들 두 하천의 인산염 수치도 다른 하천에 비해 높게 조사돼 대조를 보였다.

방인철박사는 "이번 조사결과 미호종개 서식 하천의 수질이 과거에 비해 크게 악화돼 있는 것으로 밝혀졌다"며 "특히 부영양화 진행 정도를 알아보기 위한 각 요소별 분석결과 미호천이 인산염과 질산성 질소 수치가 높은 것으로 확인되는 등 다른 하천 보다 부영양화가 심각하게 나타나고 있는 것으로 조사됐다"고 말했다. 방박사는 "여러 상황을 종합할 때 미호천에서 미호종개가 절멸위기에 처한 원인은 수질오염, 하상구조의 변화, 어식성 어류 증가 등으로 인한 서식처 파괴와 깊은 관계가 있을 것으로 판단된다"고 밝혔다.

순천향대 방인철박사팀이 미호종개 서식처를 대상으로 수질 조사를 하고 있는 모습.

방박사팀은 이번 조사를 통해 수질오염 인자 중 인(P)과 질소(N) 성분의 농도에 대해 중점 분석함으로써 미호종개 서식처의 부영양화 문제를 크게 부각시켰다./자연닷컴

■분자계통 분석의 의의

오늘날 어류를 포함한 각종 생물의 계통분류 방법이 보다 새로워지고 있다. 즉, 기존의 형태 형질분류 및 골격학적 연구 외에도 유전정보인 DNA 염기서열 분석 연구를 통한 분자계통학적 연구가 활발히 진행되고 있다.

이에 따라 기존의 생물계를 '원생생물·식물·동물'로 구분하던 체계마저도 유전자 분석을 통해 '박테리아계·고세균계·진핵생물계'로 분류하려는 것이 전세계적인 추세이기도 하다.

특히 미토콘드리아 DNA를 통한 분류 방법은 어류를 포함한 각 동물의 종 내 개체나 개체군 또는 종간의 진화적 유연관계를 이해하는데 매우 유용하게 이용되고 있다. 이는 미토콘드리아 DNA가 복잡한 핵 DNA에 비해 구조가 간단해 다양한 분류군에 속한 생물들의 유전자 다양성을 평가하는데 적합하기 때문이다.

미토콘드리아 DNA의 또 다른 특성은 핵 DNA에 비해 진화율이 5~10배 정도 빠르고 각 영역별로 다른 진화 속도를 보이는 것으로 알려져 있다.

또한 대부분의 생물 종에서 수컷 배우자의 접합자에 있는 미토콘드리아는 자손에게 전달되지 않는 모계유전을 하며 한 생명체 안에는 한 종류의 미토콘드리아 집단만이 존재하는 특징이 있다.

이같은 특징들로 인해 최근 미토콘드리아 DNA의 특정 유전자 염기서열 분석 등이 어류 분야의 집단내 혹은 집단간 유전적 차이를 규명하는데 효과적인 표지로 이용되고 있다.

국내에서도 소장학자들을 중심으로 분자계통학적 연구가 성공적으로 진행돼 상당한 성과를 거두고 있다. 이에 따라 한국산 미꾸리과 어류에 대한 분자계통학적 연구도 일부 연구진에 의해 수행돼 그 결과가 학계에 발표된 바 있다.

하지만 미꾸리과와 종개과 전체에 대한 분자계통학적 연구와 특히 한국특산종으로서 멸종위기종이자 천연기념물인 미호종개의 분자계통학적 연구는 시도된 바 없다.

이에 순천향대 방인철박사(해양생명공학과)팀이 실시한 '미호종개의 분자계통 분석'은 전편에 소개한 유전 다양성 연구와 함께 '국내 최초의 연구'로서 뿐만 아니라 그 내용에 있어서도 매우 중요한 성과를 담고 있는 등 시사하는 바가 크다.

순천향대 방인철박사팀은 국내 처음으로 미꾸리과 및 종개과 어류 전체에 대한 분자계통학적 연구를 성공적으로 수행, 미호종개를 포함한 이들 어류가 분자 수준에서 어떤 분류체계를 이루는지를 밝혀냈다./자연닷컴

 
■분석 과정 및 방법

미호종개를 중심으로 한 우리나라산 미꾸리과 어류 및 종개과 어류의 분자 계통수(분자 수준의 계통분류)는 과연 어떤 체계로 이뤄졌을까?

이같은 의문과 과제를 해결하기 위해 방박사팀은 먼저 시료 채집 및 자료 확보에 들어갔다.

시료 채집은 미꾸리과 16종과 종개과 3종을 대상으로 직접 실시했는데, 이 가운데 멸종위기종이자 천연기념물인 미호종개는 문화재청과 환경부의 승인을 얻어 이뤄졌다.

또한 계통발생 분석에서 아웃 그룹(out-group)으로 사용할 잉어목 잉어아과의 붕어와 모래무지아과의 참마자는 NCBI(National Center for Biotechnology Information)의 유전자 은행에 등록된 자료를 인용키로 했다.

실제 분석에 들어간 연구팀은 토탈 DNA를 추출하기 위해 시험어의 꼬리지느러미 일부를 자른 다음 1996년 일본인 학자 아사히다 등이 창안한 방법에 따라 필요 과정을 거쳐 토탈 DNA를 추출하는데 성공했다.

백곡천서 채집한 암·수 미호종개 혈액으로부터 순수 분리된 genomic DNA의 전기영동 상./자연닷컴

 미호종개 치어의 개체별 genomic DNA의 전기영동 상./자연닷컴

이어 미토콘드리아 DNA 전체 영역에서 원하는 유전자 3개 영역(사이토크롬b 영역, 12S rRNA 영역, D-loop 영역)을 선택적으로 증폭하기 위해 NCBI 유전자은행으로부터 잉어목 어류들의 염기서열을 확보한 뒤 여러 과정을 거쳐 실험어들의 염기서열을 결정했다.

종간 계통수 분석에서는 실험에 사용한 미꾸리과 16종과 종개과 3종을 인 그룹(ingroup)으로, 잉어목의 붕어와 참마자를 아웃 그룹(outgroup)으로 정한 다음 바이오에디트(BioEdit) 프로그램을 사용해 유전자별로 각각의 염기서열을 다중 배열하고 그 다음으로 메가(MEGA) 프로그램을 이용해 각 유전자별 염기 조성 비율을 비교했다.

계통 분석을 위한 유전자 영역은 미토콘드리아 DNA의 사이토크롬b와 12S rRNA 유전자, 변이가 심한 D-loop(control reason) 영역 및 이들을 조합한 사이토크롬b + 12S rRNA + D-loop(control reason) 등의 네 종류를 사용했고 분석방법은 ML(maximum likelihood) 방법과 NJ(neighbor-joining) 방법을 응용했다. ML과 NJ의 부트스트랩 값(bootstrap values)은 1,000회 반복에 의해 계산됐다.

이러한 연구 과정과 방법을 거쳐 방박사팀은 국내 처음으로 미호종개를 포함한 한국산 미꾸리과 및 종개과 어류 전체에 대한 분자계통 분석을 성공리에 수행했다.

분석 결과는 다음 회에서 설명하기로 한다.

실험에 사용한 샘플 어류의 목록./자연닷컴