지난 7,000년 인간이 카리브해 산호초 먹이사슬을 어떻게 재편했는가

by 보스턴 칼리지Boston College

보스턴 칼리지 지구환경과학부 안정동위원소 생지화학 연구실 과학자들을 포함한 국제 연구팀이 네이처Nature에 발표한 새로운 분석은 현대 산호초 파괴의 심각성을 보여준다. (사진 제공: 마이클 아우, 오션 이미지 뱅크)

국제 연구팀은 네이처Nature에 발표한 논문에서 인간 활동이 산호초coral reefs 생태계의 먹이사슬을 통해 흐르는 에너지 흐름을 제한함으로써 현대 산호초의 회복력을 약화시켰다고 밝혔다.

연구팀은 수천 년 동안 해양 퇴적물에 보존된 물고기의 귓속 돌기ear stones인 이석otoliths을 분석하기 위해 질소 동위원소 분석법nitrogen isotope method을 개발하여 7,000년 된 화석에 적용함으로써 고대 산호초 먹이사슬을 최초로 직접 재구성했다고 보스턴 칼리지 선임 연구원이자 이번 프로젝트 책임 연구자인 제시카 루더스-듀몽Jessica Lueders-Dumont은 설명했다. 

현대 산호초와 고대 산호초 비교

지구환경과학부 안정동위원소 생지화학 연구실 루더스-듀몽 연구원은 이번 새로운 분석이 현대 산호초 파괴의 간과된 측면들을 조명한다고 밝혔다. 

연구 결과에 따르면, 인간의 영향이 광범위하게 미치기 이전 시대의 "원시" 산호초 생태계와 비교했을 때, 오늘날 카리브해 산호초 먹이 사슬은 60~70% 더 짧고, 어류의 기능적 다양성은 20~70% 더 낮은 것으로 나타났다. 

그녀는 "건강한 카리브해 산호초에서는 어류 군집이 더 다양한 먹이를 섭취했다"고 말했다.

"파괴된 산호초에서는 먹이가 획일화해서 다양한 어종들이 점점 더 제한된 자원만을 섭취하고 있습니다. 과거에는 개별 물고기들이 먹이를 선택할 여유가 있었지만, 오늘날에는 많은 물고기가 주어진 먹이에 의존할 수밖에 없습니다. 마치 활기 넘치는 식당가에서 단 하나의 메뉴만 있는 곳으로 이동하는 것과 같습니다." 

기능적 다양성의 손실은 현대 산호초 생태계가 붕괴될 가능성을 높인다.

해양 생물 최소 4분의 1을 지탱하는 생물 다양성 보고인 산호초는 기온 상승, 남획, 영양물질 유출과 같은 인간 활동으로 파괴되고 있다. 

이러한 영향은 체계적인 모니터링이 시작되기 훨씬 이전부터 존재했기에 과학자들은 교란되지 않은 산호초 먹이 사슬의 명확한 생태학적 기준점을 확보하지 못했다.

이러한 기준점은 현실적인 보존 목표를 설정하는 데 필수적이다. 

화석 산호초에서 해답을 찾다

뤼더스-뒤몽과 그의 동료들은 화석 어류의 이석과 산호에 보존된 화학적 신호를 이용하여 약 7,000년 전 중기 홀로세 카리브해 산호초에서 어류의 영양 단계(먹이 사슬에서의 위치)를 추정하고 이를 오늘날의 먹이 사슬과 비교하는 새로운 접근법을 개발했다. 

연구팀은 카리브해에 위치한 파나마와 도미니카 공화국의 독특한 화석 퇴적층을 조사했다.

이 지역은 최근 수십 년 동안 경산호 피복률이 50% 이상 감소한, 가장 심각하게 훼손된 산호초 생태계 중 하나다. 

이 산호초 퇴적층에는 다양한 화석 조개껍질, 산호, 이석, 성게 가시 등 카리브해 연안을 따라 분포한 중기 홀로세 산호초 흔적이 풍부하게 담겼다.

비교 화석 기록을 위해 연구팀은 인근 퇴적층도 조사했는데, 이 퇴적층에는 현대 동물이 남긴 동일한 종류의 조개껍질, 산호, 이석 및 기타 "단단한 부분" 화석이 유사하게 포함되어 있다고 보고서는 밝혔다.

질소 동위원소를 타임머신으로 활용하기

보스턴 칼리지 지구환경과학과 조교수이자 이번 연구 보고서 공동 저자인 싱천(토니) 왕Xingchen Tony Wang은 화석과 현대의 이석 및 산호 골격에 결합된 단백질에 대한 질소 동위원소 분석을 수행했다고 밝혔다.

이러한 물질들은 과거의 영양 단계 정보를 보존할 수 있다. 

안정 동위원소 생지화학 연구소 소장인 왕 교수는 "이러한 동위원소 신호는 먹이 사슬에서 생물의 위치를 반영하기 때문에, 동일한 화석 산호초에서 발견된 여러 어류와 산호 집단을 분석함으로써 인간의 주요 영향 이전에 산호초 먹이 사슬 구조를 정량적으로 재구성할 수 있다"고 말했다. 

"이전에는 화석에 보존된 단백질 양이 매우 적어 이러한 접근 방식에 제약이 있었지만, 최근 연구 방법 발전으로 처음으로 화석 산호초 군집에 적용할 수 있게 되었습니다. 마치 고대 DNA와 같지만, 유전자 대신 고대 단백질에 저장된 화학적 특징을 이용하는 것입니다." 

작은 물고기 이석이 알려주는 것

이 방법을 사용해 대만 중앙연구원, 프린스턴 대학교, 스미소니언 열대 연구소, 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스 연구진을 포함한 연구팀은 136개 물고기 이석과 수십 개 산호를 분석했다. 

탄산칼슘으로 형성된 이석은 경골어류의 청각과 균형 감각을 담당하는 전정기관의 중요한 부분이다.

이석은 화석 기록에서도 잘 보존되며, 종별로 고유한 모양이 있어 분류학적 식별이 가능하다고 루더스-듀몽 교수는 설명했다.

루더스-듀몽 교수는 이번 분석이 화석 기록에 가장 많이 보존된 어류 집단인 망둑어, 은어, 카디널피시에 초점을 맞췄다고 밝혔다. 

"이 물고기들은 산호초 생태계 주요 먹이다. 말하자면 '산호초의 감자칩'과 같은 존재다"고 루더스-듀몽 교수는 덧붙였다.

수천 년에 걸쳐 이 생물들은 잡아먹히고, 이석은 배설되어 퇴적물에 축적되었다. 

인간의 영향이 산호초 먹이 사슬을 어떻게 변화시켰는가

왕(Wang)과 뤼더스-뒤몽(Lueders-Dumont) 연구진에 따르면, 파나마와 도미니카 공화국에서 발견된 약 7,000년 전 산호초 화석과 현대 산호초 표본을 비교해 연구진은 전례 없는 정확도로 먹이 사슬의 장기적인 변화를 재구성했다. 

인간의 영향 이전 자연 산호초 먹이 사슬이 어떠했는지, 그리고 인간 활동이 현대 산호초에 어떤 변화를 가져왔는지 알아보기 위해 연구진은 고대 및 현대 어류의 영양 단계를 측정했다.

영양 단계는 생태계에서 동물의 역할을 측정하는 중요한 생태학적 지표다. 

연구진은 먹이 사슬의 가장 낮은 단계에 있는 어류에서도 변화가 관찰된 것에 놀랐다.

"이번 연구 결과는 최상위 포식자 제거, 다양한 서식지 유형 간의 연결 감소, 산호초 구조적 복잡성 감소 등 현대 산호초에 영향을 미치는 여러 요인이 먹이 사슬 모든 단계로의 에너지 흐름을 변화시켰다는 것을 보여준다"고 스미스소니언 열대 연구소에서 박사후 연구원으로 이 프로젝트를 시작해 여러 기관에서 연구를 이은 루더스-듀몽은 말했다. 

건강한 산호초의 의미 재고

수천 년 전 해양 생물의 환경 조건을 재구성하는 것은 마치 시간 여행과 같다고 루더스-듀몽은 말했다.

이번 연구 결과는 화석 기반 동위원소 분석법이 과거 환경 변화에 산호초 생태계가 어떻게 반응했는지, 그리고 그러한 반응이 오늘날 가속화하는 기후 변화를 겪는 산호초에 어떤 의미를 갖는지 연구하는 데 얼마나 유용한지 보여준다. 

"이제 우리는 인간의 영향이 미치기 전의 원시 산호초 생태계가 어떤 모습이었는지 엿볼 수 있다"고 그녀는 말했다.

"이전의 보존 기준은 이미 훼손된 현대의 산호초에 의해 형성되었기 때문입니다.산호초의 경우, 고대 기준선을 재구성할 수 있는 능력은 건강한 산호초 생태계란 무엇이며, 어떻게 복원할 수 있을지에 대한 완전히 새로운 관점을 제공합니다." 

Publication details
Jessica Lueders-Dumont, Fossil isotope evidence for trophic simplification on modern Caribbean reefs, Nature (2026). DOI: 10.1038/s41586-025-10077-z. http://www.nature.com/articles/s41586-025-10077-z

Journal information: Nature