인간 활동이 발트해 규조류까지 뒤집었다

발트해 CC0 퍼블릭 도메인

발트해 규조류는 수천 년 동안 유전적으로 안정적이었지만, 인간이 발트해에 발을 들여놓게 되었다.
by University of Konstanz

콘스탄츠 대학 연구진이 주도한 최근 연구에 따르면, 인간이 발트해를 이용하기 시작한 후, 발트해 규조류 개체군diatom populations은 유전적 구성과 다양성에서 급격한, 그리고 현재까지는 돌이킬 수 없는 변화를 겪기 시작했다. 

바다에는 광합성을 하는 수많은 조류와 미세한 단세포 생물이 서식한다.

이러한 식물성 플랑크톤은 해양 먹이 사슬 기반을 형성할 뿐만 아니라, 산소를 생성하고 탄소를 격리하기 때문에 지구 기후에 큰 영향을 미친다. 그렇다면 식물성 플랑크톤은 기후 변화와 인간의 영향에 얼마나 회복력이 있을까?

이 질문에 답하기 위해 PHYTOARK 프로젝트에 참여한 학제간 연구진은 지난 8,000년 동안 발트해 규조류인 스켈레토네마 마리노이Skeletonema marinoi의 유전적 구성과 다양성을 조사했다.

콘스탄츠 대학교(독일) 환경 유전체학 그룹이 주도한 연구의 최신 결과가 학술지 '글로벌 체인지 바이올로지(Global Change Biology)'에 게재되었다.

이 연구 결과는 인간 활동이 규조류 개체군의 유전적 안정성에 지대한 영향을 미친다는 것을 시사한다.

"수천 년 동안 우리가 연구한 규조류 개체군의 유전적 패턴은 놀라울 정도로 안정적으로 유지되었다. 지난 천 년 동안 인간이 발트해를 더욱 집중적으로 이용하기 시작한 후에야 규조류의 유전적 구성에 더 빠른 변화가 관찰되었다"고 이 연구 제1저자이자 콘스탄츠 대학교 생물학과 로라 엡Laura Epp 연구팀 박사후연구원 알렉산드라 슈미트Alexandra Schmidt는 설명한다.

이러한 변화가 반드시 부정적인 것은 아니지만, 훨씬 더 빠르고 규모가 커졌다는 사실은 인간 활동의 영향을 보여준다. 개체군이 원래 유전 상태로 돌아갈지는 불확실하다.
 

발트해 규조류 채취 지점. DOI: 10.1111/gcb.70467

해저 탐정 작업

지난 수천 년 동안 규조류의 유전 물질을 수집하기 위해 연구팀은 발트해 해저에서 퇴적물 코어를 채취했다.

동고틀란드 분지Eastern Gotland Basin 와 핀란드 만Gulf of Finland에서 채취한 이 코어는 유전적 타임캡슐과 같다.

로라 에프는 "해저의 진흙과 모래 퇴적물에서 생물이 죽은 후 수천 년 동안 퇴적물에 보존되어 있던 소위 '고대 DNA'를 발견했다"고 말한다.

코어 샘플 각 층에서 추출한 DNA를 연구하면 시간 경과에 따른 규조류 개체군의 유전적 패턴을 추적할 수 있다.

퇴적물이 깊을수록 유전 물질의 나이가 더 오래되었다는 것을 의미한다.

연구진은 퇴적물 코어에서 현재부터 약 8,000년 전까지의 규조류 DNA 잔해를 추출했다.

연구 대상 종의 유전적 회복력을 신뢰성 있게 평가하기 위해 연구팀은 두 세포 소기관인 엽록체와 미토콘드리아의 규조류 DNA를 농축하고 시퀀싱했다.

이 소기관들은 특정한 유전체 정보를 포함하며, 퇴적물 코어 여러 층에서 이 정보를 비교함으로써 연구진은 지난 8,000년이라는 전체 표본 기간 동안 규조류 개체군의 유전적 변화를 분석할 수 있다.

기후 변화에도 안정적

연구 결과는 규조류 개체군의 유전적 구성이 장기간에 걸쳐 대체로 안정적으로 유지되었음을 보여준다.

홀로세 온열 극대기Holocene Thermal Maximum (약 6,000~10,000년 전)나 후기 소빙하기Late Antique Little Ice Age (약 1,300~1,400년 전)와 같은 기후 단계에서 일시적인 변화가 있었지만, 유전적 구성은 지속적으로 원래 상태로 돌아갔다.

지난 몇 세기 동안 규조류 개체군의 유전적 구성에 현저히 빠르고 현재까지는 돌이킬 수 없는 변화가 일어났다.

"이러한 변화는 기온 변화 단계와 직접적으로 일치하는 것이 아니라, 발트해에서 인간 활동이 증가한 단계, 예를 들어 바이킹 시대, 한자 동맹 시대Hanseatic period, 산업화와 일치한다"라고 슈미트는 설명한다.

발트해 규조류 개체군은 기후의 자연적인 변동에도 불구하고 수천 년 동안 높은 유전적 회복력을 보였다. 그러나 역사적으로 개체군의 유전적 구성 변화는 상당히 가속화해서 인간의 영향을 시사한다.

잠재적 원인으로는 해상 교통, 해안선 건설, 또는 해당 지역 농업을 통한 영양분 유입으로 인한 발트해와 해안선 이용 증가가 있을 수 있다.

에프는 "인간 활동은 우리가 어떤 형태로든 직접적으로 이용하지 않는 종의 유전적 구성에 변화를 초래할 수 있는 것으로 보인다.

이제 우리는 수천 년에 걸쳐 그러한 영향을 연구하고 발견할 수 있으며, 이 정보를 활용하여 생태적 및 진화적 역학을 더 잘 이해하고 적절한 보존 전략을 개발할 수 있다"고 결론지었다.


More information: Alexandra Schmidt et al, Multi‐Millennial Genetic Resilience of Baltic Diatom Populations Disturbed in the Past Centuries, Global Change Biology (2025). DOI: 10.1111/gcb.70467 

Journal information: Global Change Biology 
Provided by University of Konstanz