NASA, 해양생물의 대규모 이동 측정
NASA, 해양생물의 대규모 이동 측정
  • 함예솔
  • 승인 2020.02.02 18:35
  • 조회수 4920
  • 댓글 0
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요약

 

오징어부터 크릴새우까지 작은 해양생물들은 플랑크톤을 먹기 위해 매일 밤 어둠을 틈타 심해로부터 표면 근처까지 수백m를 올라옵니다. 표층 근처의 식물성 플랑크톤을 먹고 나서 해가 뜨기 직전에 다시 심해로 돌아갑니다. 이를 일주수직운동(diel vertical migration, DVM)이라고 하는데요. 일주수직운동(DVM)은 전세계 해양의 생물지구화학에서 중요한 개념입니다. 밤 시간에 표층에서 먹이를 먹고 낮 시간동안 심해에서 신진대사를 하는 것은 탄소와 영양소 확산의 효율적인 경로가 되기 때문입니다.

 

연구원들은 우주에 있는 CALIPSO 라이더(lidar)이용해 해양 생물들의 대규모 이동을 측정할 수 있었습니다. 출처: NASA/Timothy Marvel
연구원들은 우주에 있는 CALIPSO 라이더(lidar)를 이용해 해양 생물들의 대규모 이동을 측정할 수 있었습니다. 출처: NASA/Timothy Marvel
  • 서론

 

매일 밤. 셀 수 없이 오징어부터 크릴새우까지 수많은 작은 해양생물들은 플랑크톤을 먹기 위해 심해로부터 표면 근처까지 수 백m를 올라옵니다. 일출 전 이 이동은 반대로 이뤄집니다. 표층에 올라왔던 해양 생물들이 낮 시간 동안은 약 200~1000m 깊이의 어두운 중층표영대(mesopelagic zone)인 자신의 집으로 돌아갑니다. 이 층은 약간의 빛이 비추긴 하지만 광합성하기에 충분하지 않은 것이 특징입니다. 이를 '일주수직운동(diel vertical migration, DVM)'이라 부릅니다. 이는 주로 햇빛이 비추는 표층에서 먹이를 눈으로 확인해 먹이를 먹는 시각 포식자를 피하기 위한 생존전략인 것으로 보입니다. 이러한 해양 생물의 모습은 200년 전 처음으로 기록됐습니다. 

작은 오징어, 물고기 같은 작은 생물들은 일주수직운동(DVM)을 하고 있다. 출처: Chandler Countryman
작은 오징어, 물고기 같은 작은 생물들은 일주수직운동(DVM)을 하고 있다. 출처: Chandler Countryman

일주수직운동(DVM)은 일반적으로 음향도플러유속계와 같은 배에 탑재된 음향장치를 이용하는데요. 그런데 수십년 간 음향 측정 후에도 방대한 해양지역은 미시험 된 장소들이 남아있었고 일반적으로 데이터를 이용할 수 있는 곳은 몇 달 간의 정보만을 제공했습니다. 이에 일주수직운동(DVM)에 대한 이해가 불완전했습니다. 이 연구는 일주수직운동(DVM) 현상을 조사했습니다. 

 

일주수직운동(DVM)으로 이동하는 해양생물들이 지구의 기후에 미치는 누적 효과는 상당합니다. 낮에는 해양 식물성플랑크톤이 광합성을 하고 그 과정에서 상당한 양의 이산화탄소를 흡수합니다. 이는 대기로부터 온실 가스를 흡수하는 해양의 능력에 기여합니다. 일주수직운동(DVM)을 겪는 해양생물들은 표층으로 올라와 근처에 있는 식물성 플랑크톤을 먹고 다시 심해로 내려가면서 식물성 플랑크톤이 가지고 있던 탄소 역시 심해로 가져가게 됩니다. 그러면 이 탄소 대부분은 심해에 갇혀 대기중으로 다시 방출되는 것을 막을 수 있습니다.

 

이번 연구에서는 인공위성에 탑재된 라이다(lidar)장비를 이용해 밤에 표층에 도착하는 일주수직운동(DVM) 생물의 전지구적 분포에 대해 살펴봅니다. 이를 통해 심해에 사는 해양생물들이 시각포식자를 피하는 것이 중요한 생존의 전략이라는 기존의 아이디어와 일치함을 밝히고, 일주수직운동(DVM) 생물이 맑은 아열대 환류(subtropical gyres)에서 플랑크톤의 풍요에 있어 큰 부분을 차지하고 있다는 걸 밝혀줄 겁니다.  

 

  • 연구방법

 

이렇게 어마어마한 해양 생물의 대규모 이동은 뜻밖에도 우주 배치 레이저(Space-Based Laser, SBL) 덕분에 최초로 전세계적으로 관찰할 수 있었는데요. 해양 생물의 대규모 이동은 지구의 기후 시스템에서 가장 크고 중요한 부분을 담당합니다. 연구진은 2006년 발사된 NASA의 프랑스우주국립우주센터(Centre National d'Etudes Spatiales, CNES)과 합작한 CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations satellite) 위성을 사용해 해양 생물들의 수직 이동 패턴을 관찰했습니다. 이번 연구의 공동 저자이자 NASA의 LaRC(Langley Research Center)의 Chris Hostetler는 "라이다(lidar)는 우주에서 과학적으로 유의미한 해양계측을 제공할 수 있는 민감도를 갖추고 있다"고 전했습니다. 

CALIPSO위성 레이저 섬광. 출처: Gregg Hendry/Ball Aerospace
CALIPSO위성 레이저 섬광(초록색). 출처: Gregg Hendry/Ball Aerospace

참고로 CALIPSO의 레이저는 본래 구름과 대기 중 에어로졸을 측정하기 위해 고안됐습니다. 하지만 이는 바다의 표층 20m를 관통해 측정이 가능합니다. 일주수직운동(DVM)을 겪는 생물이 이 층에 도달하면, 그들은 CALIPSO에 의해 탐지됩니다. 이번 연구의 주요저자이자 오리건주립대학교(Oregon State University) 교수인 Mike Behrenfeld는 "우주의 라이다(lidar)는 지난 10년간 16일마다 전 지구적인 규모로 이동하는 해양 생물의 표본조사를 가능하게 해줬다"며 "우리는 일주수직운동(DVM)하는 생물들의 행동, 분포, 풍부함을 볼 수 있는 전세계적 범위의 장비를 어디에서도 본 적 없다"고 전했습니다. 

 

  • 연구결과

 

열대 및 아열대 해양 지역을 목표로 하여 연구를 진행했습니다. 일주수직운동(DVM) 생물량은 먹이가 증가하는 지역에서 더 풍부했습니다. 게다가 10년 간 위성 기록은 일주수직운동(DVM) 생물량과 표층 생산성, 그리고 시계열 변화의 상관관계의 변화를 보여줍니다.

 

연구진은 영양이 적고 맑은 물인 곳에서는 일주수직운동(DVM)하는 생물이 적지만, 일주수직운동(DVM) 생물이 이 지역의 전체 생물 개체수에 많은 부분을 차지하고 있다는 사실을 알아냅니다. 이는 일주수직운동(DVM)이 기본적으로 맑은 해양지역에서 포식자에게 이로운 낮 시간을 피하기 위한 진화의 전략이었기 때문입니다. 반면 더 어둡고 영양분이 풍부한 지역에서 일주수직운동(DVM)생물은 더 풍부했지만 시각적 포식자들이 오히려 불리하기 때문에 이러한 지역에서는 전체 생물 개체군에서 일주수직운동(DVM) 생물은 작은 부분을 차지했습니다. 이러한 지역에서는 오히려 많은 동물들이 밤낮으로 표층 가까이 머무르고 있었습니다. 

 

연구원들은 또한 기후변화에 의해 유발될 가능성이 있는 일주수직운동(DVM) 생물의 개체 수에 대해 장기적인 변화를 관찰했습니다. 연구는 2008년부터 2017년까지 CALIPSO(Cloud-Aerosol Lidar and Infrared Pathfinder Satellite Observations satellite) 위성에서 얻은 데이터를 이용해 북태평양과 남태평양, 북대서양, 남인도양의 아열대 해상에서 일주수직운동(DVM)생물의 생물량 증가를 밝혀냈습니다. 북대서양의 아열대 해상에서는 생물량이 감소했습니다. 이러한 변화는 식물성플랑크톤 생산의 변화와 관련 있습니다. 

 

  • 논의

 

생물 매개 탄소전달자는 지구의 탄소 순환에 중요한 매커니즘으로 인식됩니다. 과학자들은 기후 모델의 핵심 요소로 일주수직운동(DVM)을 겪는 생물들을 추가하고 있습니다. Mike Behrenfeld는 "이 모델이 갖추지 못한 것은 모델을 교정하고 일주수직운동(DVM) 생물들이 어디에서 가장 중요한 역할을 하며 풍부한지, 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는지 알려주는 전 지구적인 데이터 세트"라며 "새로운 위성 데이터는 우리에게 위성관측과 이 모델을 결합할 수 있도록 기회를 제공하고 대규모의 해양생물의 이동이 지구의 탄소 순환에 미치는 영향을 정량화하는 데 도움을 줬다"고 전했습니다. 

 

위성 데이터는 전세계 어업과도 관련 있는데요. 일주수직운동(DVM)을 겪는 생물들은 심해 깊은 곳에 숨어있는 더 큰 포식자들의 주요한 식량원이 되기 때문입니다. 이 포식자들은 종종 상업적인 어업에서 매력적인 물고기 종인데요. 일주수직운동(DVM) 신호가 클수록 심해에 살 수 있는 물고기의 개체 수가 증가합니다. 

 

  • 결론

 

이번 연구에서는 인공위성에 탑재된 라이다(lidar) 장비를 이용해 밤에 표층에 도착하는 일주수직운동(DVM) 생물의 전지구적 분포에 대해 연구했습니다. 해양동물을 연구에서 위성의 성능은 전 세계 해양을 대상으로 유례없던 연간 탐지를 가능하게 했습니다.  

 

일주수직운동(DVM)은 전세계 해양의 생물지구화학에서 중요한 역할을 담당하기 때문에 이를 이해하는 건 중요합니다. 밤 시간에 표층에서 먹이를 먹고 낮 시간동안 심해에서 신진대사를 하는 건 탄소와 영양소 확산의 효율적인 경로가 되기 때문입니다.

 

2008년부터 2017년까지 CALIPSO위성에서 얻은 데이터를 이용해 북태평양과 남태평양, 북대서양, 남인도양의 아열대 해상에서 일주수직운동(DVM)생물의 생물량 증가를 밝혀냈습니다. 북대서양의 아열대 해상에서는 생물량이 감소했습니다. 이러한 변화는 식물성플랑크톤 생산의 변화와 관련 있습니다. 

 


##참고자료##

 

Behrenfeld, Michael J., et al. "Global satellite-observed daily vertical migrations of ocean animals." Nature (2019): 1-5.

 


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