24.5.3 외래종으로 인한 위협 증가, 종의 손실로 생명나무 가지 절단돼

 

우리는 6차 대멸종 시대에 살고 있다.
＂외래종으로 인한 위협 증가, 종의 손실로 생명나무 가지 절단돼”

부레옥잠, 쥐, 메뚜기 등 전 세계적으로 약 3만7000종의 동식물 종이 새로운 지역으로 확산됐으며, 그중 3,500종 이상이 그곳의 지역 생물 다양성을 위협하고 있다. 세계 생물다양성 협의회 IPBES의 보고에 따르면 외래종은 전 세계 종 멸종의 약 60%에 관여하고 있으며 연간 3920억 유로 이상의 전 세계 비용을 초래하고 있다. 어떤 종이 ​​최악인가? 

▲ 1. 자연(녹색)에 부정적인 영향을 미치는 침입 외래종의 예(녹색), 경우에 따라 사람(노란색) 및/또는 좋은 삶의 질(청록색)에 대한 자연의 기여도 있다. 많은 침입성 외래종은 부정적인 교차 영향을 기록했으며, 예시에서는 여러 색상으로 표시된다. 침입성 외래종의 16%는 자연과 인간에 대한 자연의 기여 모두에 부정적인 영향을 미친다. 자연과 좋은 삶의 질 둘 다에 대해 7%; 자연, 사람에 대한 자연의 기여 및 좋은 삶의 질에 대한 5%. 예시종의 학명은 Lantana camara(lantana); Lates niloticus (나일 퍼치); Dreissena polymorpha(얼룩홍합); Cionaintestinalis(바다 꽃병); Lissachatina fulica(아프리카 거대 달팽이); Culex quinquefasciatus (남부집모기); Mnemiopsis leidyi(바다 호두); 폰테데리아 크라시페스(부레옥잠); 프로소피스 줄리플로라(Prosopis juliflora)(메스키트); Solenopsis invicta(빨간색 수입 불개미); 여우속(Vulpes vulpes)(붉은여우); 및 Batrachochytrium dendrobatidis(키트리드 곰팡이)

<본문>
이러한 문제는 새로운 것이 아니다. 수 세기 동안 동물과 식물 종은 주로 인간의 개입을 통해 원래 자생적이지 않은 지역으로 진출해 왔다. 심지어 우리 작물의 대부분도 이러한 “네오비오타(Neobiota;인간의 영향을 받는 지역에 자리잡은 종 및 하위 분류군)”에 속한다. 

그러나 새로 온 생물들이 도착한 후 급속도로 늘어나면 문제가 된다. 그곳에는 천적이 없기 때문이다. 그들은 침입 종이 되어 토종 종을 몰아내고 심지어 토종을 멸종시킬 수도 있다. UN 생물다양성위원회(IPBES)의 최신 보고서는 침입종 문제가 얼마나 심각해졌는지를 강조한다. 4년 동안 49개국에서 온 85명의 연구자가 생물침해물질의 확산과 결과에 대한 현재 지식 상태를 수집했다. 세계 기후 보고서와 유사하게 그들이 최근 평가 보고서를 발표했다.

3만7000종의 외래종 – 그 수는 계속 증가하고 있다.

현재 전 세계적으로 3만7000종 이상의 외래종이 존재하며 매년 약 200종의 새로운 외래종이 추가된다. IPBES 보고서에 따르면 이들 모두가 새로 정착한 지역의 생태계에 부정적인 영향을 미치는 것은 아니다. 그중 80%가 부정적인 영향을 미친다. 3,500종 이상의 동식물종도 침입성으로 간주된다. 이는 확인되지 않은 채 확산되고 토착 생물 다양성을 위협한다. 

▲ 확립된 외래종의 세계적 분포와 시간적 추세. (A) 18개 IPBES 소지역 및 해양생태지역(해양)에 정착된 외래종(육상 및 담수)의 총 수를 표시. 흰색은 누락된 정보{2.2}. 해양지역(흰색)과 남극(회색)에 대해서는 데이터 격차 분석을 수행할 수 없었다. (B) 1500년부터 2015년까지 정착된 외래종 수의 시간적 추세는 IPBES 4개 지역에 대해 포유류, 조류, 어류, 곤충, 갑각류, 연체동물, 관속식물, 조류 및 균류에 대해 표시된다.

이러한 생물침해자에는 1,000종 이상의 식물, 1,850종의 무척추동물, 461종의 포유류가 포함된다. "외래종은 세계 생물다양성 손실의 가장 심각한 다섯 가지 원인 중 하나다"고 프랑크푸르트에 있는 젠켄베르그(Senckenberg) 생물다양성 및 기후 연구 센터의 공동 저자인 한노 제벤스(Hanno Seebens)는 말했다. 

보고서에 따르면 침입종은 전 세계 동식물 멸종의 약 60%를 책임지고 있다. Seebens는 "적어도 1,200건의 동식물 멸종 사건이 218종의 침입종으로 직접 추적될 수 있다"고 보고했다. 침입종 도입으로 인한 생태학적 결과는 영향을 받는 생태계뿐만 아니라 우리 인간에게도 파괴적일 수 있다. 

예를 들어, 카리브해 홍합(Mytilopsis sallei)은 인도 어업에 막대한 경제적 피해를 입히고, 침입성 모래게(Carcinus maenas)는 뉴잉글랜드에서 상업적으로 운영되는 홍합층과 아시아 호랑이 모기(Aedes albopictus) 또는 침입성 모기종을 위협한다. Aedes aegyptii는 말라리아, 지카 바이러스, 웨스트 나일열(West Nile Fever)과 같은 질병을 전염시킨다. 

지구상의 거의 모든 지역과 생물군계가 영향을 받고 있다. “생물학적 침입의 영향 중 34%는 남미와 북미에서 발견되고, 31%는 유럽과 중앙아시아에서, 25%는 아시아와 태평양에서 발견되며, 약 7%는 아프리카”라고 Seebens는 보고했다. 육지의 생태계가 가장 큰 영향을 받지만 외래 갑각류, 연체동물, 어종을 포함한 담수와 바다의 토착종도 생물침략자에 의해 점차 대체되고 있다. 상황은 이미 많은 섬에서 드라마틱하다. 그중 4분의 1 이상에는 이미 자생 식물군보다 외래 식물이 더 많고, 많은 섬의 고유 동물군도 도입된 동물에 의해 멸종됐다. 

▲ 특히 빨간색으로 표시된 부분에서 종의 감소가 두드러진다. 멸종 및 현존 육상 척추동물 속의 분포 패턴. 대부분의 속과 단일형은 모든 대륙의 열대 및 아열대 지역에 집중되어 있다. 멸종 및 멸종 위험의 분포 패턴은 다르며 미국 동부와 같은 일부 온대 지역이 집중 핫스팟으로 나타난다. (A) 총 속; (B) 단일형 속; (C) 멸종된 속과 종; (D) 멸종위기(CR, EN, VU) 속. © Ceballos & Ehrlich/ PNAS /CC-by-nc-nd 4.0

상위 10개 생물침해자와 종 손실 위험

그렇다면 세계에서 "가장 성공적인" 생물침략자들은 누구일까? 상위 10위 침입종 중 1위는 줄기가 굵은 부레옥잠(Pontederia crassipes)으로 원래 남아메리카가 원산지다. 정원 연못에 심는 관상용 식물로 인기가 높아 현재 74개 지역으로 확산됐다. 이 떠다니는 식물은 물을 완전히 덮기 때문에 그 아래에 있는 거의 모든 생명체를 질식시킨다. EU에서는 "바람직하지 않은 종"으로 여긴다. 

▲ 이 10종은 전 세계적으로 가장 성공적으로 퍼졌다. ©IPBES

또한 가장 성공적인 생물침해자 상위 10개 중에는 집쥐와 두 종의 쥐인 Rattus norvegicus 및 Rattus rattus(검은 쥐) 등 세 종류의 설치류가 있다. 이들 모두가 모든 멸종의 약 30%를 책임지고 있으며, 특히 설치류가 알과 새끼를 먹기 때문에 새들이 대량으로 죽었다. 식물의 경우 독이 있는 피마자콩과 메뚜기도 상위 10위 침입자 목록에 포함된다. 역사를 통틀어 우리 지구는 반복적으로 대규모 멸종을 경험했으며, 이로 인해 전체 생활 환경의 최대 75%가 사라졌다. 

그 원인은 종종 극심한 화산 활동이나 대륙의 분열로 인한 기후 변화뿐 아니라 6,600만 년 전 공룡 시대 말기의 소행성 충돌도 있었다. 여기에는 외래종의 침입도 한몫하고 있다. 현재 우리는 6차 대멸종의 한가운데에 있는데 이번에는 원인이 인간이다. 우리 종이 존재한 이래로 이미 수백 종의 종이 멸종되었다. 현재 백만 종이 더 그렇게 될 위기에 처해 있다. 

종 손실에 대한 이전 목록은 일반적으로 종 수준만 살펴보고 가계도의 더 높은 수준은 고려하지 않았다. 결과적으로 종의 멸종이 생명나무의 더 큰 단위에 얼마나 영향을 미칠지는 불분명하다. 전체 속, 과, 심지어 목이 하나 이상의 종과 함께 멸종한다면, 이는 가계도에 훨씬 더 큰 간격을 만든다. 멕시코 국립자치대학교의 Gerardo Ceballos와 스탠포드대학교의 Paul Ehrlich는 처음으로 종 수준을 넘어 여섯 번째 대량 멸종의 정도를 조사했다. 구체적으로 그들은 1500년부터 2022년 사이에 얼마나 많은 육상 척추동물의 속, 과, 목이 멸종되었는지 조사했다. 그들은 주로 국제자연보전연맹(IUCN) 등록부에서 데이터를 가져왔는데, 이 등록부에는 이미 멸종된 종과 나머지 종들이 얼마나 멸종 위기에 처해 있는지 기록되어 있다.

최소 73개 속이 사라져 정상보다 멸종률 35배 높아

Ceballos와 Ehrlich의 보고에 따르면 1500년에서 2022년 사이에만 총 73개 속, 10개 과, 2개 육상 척추동물 목이 멸종되었다. 생명나무는 이제 문자 그대로 훼손되었다. “대부분의 멸종은 조류에서 일어났고, 포유류, 양서류, 파충류가 그 뒤를 이었다”고 연구원들은 보고했다.멸종된 두 가지 목은 날 수 없는 거대한 새로, 마다가스카르의 코끼리새와 뉴질랜드의 모아새이다. 

▲ 일반적인 멸종과 멸종 위험으로 인한 생명나무의 훼손을 간단하게 도식적으로 표현한 것이다. 죽은 가지로 묘사된 나무의 아래쪽 절반은 멸종된 속의 예를 나타내고, 위쪽 절반은 멸종 위기에 처한 속의 예를 보여준다. 멸종된 속: I) 아래쪽 줄 왼쪽: 델코트자이언트게코(Hoplodactylus, 왼쪽), 그 중 알려진 유일한 표본은 라벨이 없는 박물관에서 발견되었지만 아마도 뉴질랜드에서 발견되었을 것이다. 인도양 로드리게스 섬의 안장을 얹은 로드리게스 거대거북(Cylindraspis, 오른쪽). 아래줄 오른쪽: 중국 윈난호 영원(Cynops, 왼쪽); 호주 퀸즈랜드 열대우림의 위부화개구리(Rheobatrachus, 오른쪽). II) 아래에서 두 번째 줄 왼쪽: Thylacine(Thylacinus, 왼쪽)은 태즈매니아에서 마지막으로 알려진 가장 큰 육식성 유대류이다. 그리고 중국산 양쯔강 돌고래(Lipotes, 오른쪽)는 소수의 담수 돌고래 중 하나입니다. 아래에서 두 번째 줄 오른쪽: 현대까지 살아남은 가장 큰 새인 코끼리새(Aepyornis, 왼쪽)는 마다가스카르 고유의 멸종된 속과 과(Aepyornithidae)를 모두 나타냅니다. 모호새(모호속, 오른쪽)는 하와이에서 멸종된 속이자 과(모히대)를 대표합니다. 멸종 위기에 처한 속: III) 아래에서 세 번째 줄 왼쪽: 아시아산 킹코브라(Ophiophagus, 왼쪽); 인도와 네팔 출신의 Gavial (Gavialis, 오른쪽). 아래에서 세 번째 줄 오른쪽: 유럽산 알파인 영원(Ichthyosaura, 왼쪽); 말레이 반도의 마호가니 개구리(Abavorana, 오른쪽). IV) 윗줄 왼쪽: 멕시코 시티 근처의 몇몇 산에서 알려진 화산 토끼(Romerolagus, 왼쪽)와 아프리카의 코끼리(Loxodonta, 오른쪽). 윗줄 오른쪽: 하와이산 'i'iwi 또는 Scarlet Honeycreeper(Drepanis, 왼쪽); 그리고 뉴질랜드산 날지 못하는 앵무새 카카포(스트리고프스, 오른쪽)(Illustration: Marco Antonio Pineda). (출처: 관련논문 Mutilation of the tree of life via mass extinction of animal genera / PNAS)

인간이 섬에 도착하여 집중적으로 새를 사냥했을 때 두 종의 새가 모두 멸종됐다. 멸종된 10과 중 4과(하와이꿀벌이 포함)도 새다. 나머지 6과는 포유류에 속하며 그중에는 마다가스카르 나무늘보 여우원숭이도 포함되어 있다. 체발로스(Ceballos)와 에를리히(Ehrlich)는 “인류가 초래한 여섯 번째 대량 멸종이 이전에 생각했던 것보다 더 심각하고 빠르게 가속화되고 있다는 것은 의심의 여지가 없다”고 강조했다. 

이는 그들이 결정한 멸종 속도로도 설명된다. 인간의 영향이 없었다면 지난 백만 년 동안 1만 속 중 평균 0.75속이 100년마다 멸종했을 것이다. 이 비율을 벤치마크로 사용하면 1500년에서 2022년 사이에 최대 2속이 멸종되었을 수 있다. 실제로 멸종된 73개 속은 반대로 현재 멸종률이 자연적 멸종률보다 약 35배 더 높다는 것을 의미한다고 연구자들은 설명했다. 

이에 따르면, 우리가 500년 동안 잃어버린 종은 인간이 없는 환경에서 현장에서 사라지는 데 실제로 1만8000년이 걸렸을 것이다. 그동안 새로운 생명체가 진화하여 이러한 손실을 보상할 수도 있었지만, 현재 속도로는 불가능하다. “현재 종의 멸종은 향후 수십 년 동안 상당히 가속화될 가능성이 높다. 현재 멸종 위기에 처한 모든 종이 2100년까지 사라진다면 멸종률은 배경 비율보다 354배 더 높을 것이다”고 Ceballos와 Ehrlich는 보고했다. 일반적인 상황에서 그러한 대량 멸종은 최소한 10만6000년이 걸리지만, 인간은 몇 세기 안에 이를 달성할 수 있다.

인간에게도 위협

너무 많은 종이 사라지는 것은 우리 인간에게도 위험하다. “이번 대량 멸종은 생물권 전체를 변화시키고 있으며, 현재 우리 문명이 생존할 수 없는 상태로 만들 수 있다”고 연구자들은 강조한다. 따라서 종의 손실은 기후 변화를 악화시키고 위험한 질병의 확산을 촉진하며 인류의 중요한 자연 기반 지식을 박탈할 수 있다. Ceballos와 Ehrlich는 멸종된 위부화개구리를 예로 들었다. 암컷은 한때 자신의 수정란을 삼키고 위산을 “끄면서” 뱃속에 올챙이를 키웠다. 이 개구리들은 가슴쓰림이나 식도암에 대한 약을 찾는 데 사용될 수도 있었지만, 개구리와 함께 이에 필요한 지식도 사라졌다.

아직 대책이 충분하지 않다

IPBES 보고서는 또한 침입종의 수가 증가함에 따라 문제가 더욱 심각해지고 있음을 강조한다. 현재 매년 약 200종의 새로운 외래종이 발견된다. 연구진은 보다 효과적인 대응 조치가 취해지지 않으면 2050년에는 2005년보다 외래종이 약 36% 더 많아질 것으로 추정하고 있다. 기후 변화와 세계 무역 및 여행의 증가가 생물 침입자의 확산을 촉진하고 있기 때문이다. 

IPBES 보고서에 따르면 침입종에 대한 조치는 지금까지 부적절했다. 80%의 국가가 국가 생물다양성 계획에 침입성 외래종을 처리하기 위한 목표를 포함하고 있지만, 17%의 국가만이 이를 다루는 법률이나 규정도 갖고 있다. 모든 국가의 45%는 생물학적 침입 관리에 전혀 투자하지 않는다. 확실히 효과적인 해독제가 있다. “거의 모든 상황에 실제로 효과가 있는 관리 도구, 제어 옵션 및 목표 조치가 있다. 엄격하게 시행되는 수입 통제와 같은 예방 조치가 가장 좋고 비용 효과적인 옵션이지만 침입종의 박멸, 봉쇄 및 통제도 특정 상황에서는 효과적이다"고 제벤스는 말했다.

정치적 행동이 필요

멸종 속도가 더욱 가속화되는 것을 막기 위해 Ceballos와 Ehrlich는 전례 없는 규모의 즉각적인 정치적, 경제적, 사회적 조치를 촉구했다. 특히 열대 지방에 초점을 맞춰야 한다. 연구자들이 보고한 것처럼 현재 단일 종으로만 구성된 수많은 속이 있기 때문이다. 마지막 존재하는 종이 죽으면 속 전체가 죽는다. 두 연구원은 “인구의 규모와 성장, 그리고 소비 규모의 증가는 모두 문제의 중요한 부분이다”고 말했다. Ehrlich는 “이러한 일을 계속해서 수행하여 생물 다양성을 구할 수 있다는 생각은 미친 짓이다”며 "가지에 앉아서 동시에 톱질하는 것과 같다”고 말했다. (문광주)

<참고>
1. IPBES Invasive Alien Species Assessment, 2023: Summary for Policymakers)
2. Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES).
3. Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung
4. Proceedings of the National Academy of Sciences,
2023; doi: 10.1073/pnas.2306987120)

문광주 기자eco@ecomedia.co.kr | 2023-10-13

 

국내에 정착한 외래종은 어디에? 외래종 생태적 영향은?

글. 이창석 서울여자대학교 교수

외래종은 어디에 분포하고 우리에게 어떤 영향을 주며 우리는 어떻게 그들을 통제할 수 있을까?

생물 중에는 그들이 본래 살고 있던 곳이 아닌 지역에 우연히 정착하거나 의도적으로 도입되어 사는 것들이 있다. 이러한 생물들을 우리는 외래종 (exotic species) 또는 외래 침입종 (invasive alien species)이라고 부르고 있다. 이들은 사람들이 왕래하거나 화물을 운반할 때 묻어 들어오는 경우가 많아, 국가 간 물물교류가 잦아진 근대 이후 크게 늘었다. 주로 다른 나라에서 들어왔기 때문에 일반적으로 이들을 외국의 생물로 인식하는 경향이 있지만, 자연의 경계와 정치적 경계는 다르기 때문에 그것이 꼭 옳은 것은 아니다. 가령 국내의 어느 한 지역에 제한적으로 분포하는 생물이 다른 지역으로 옮겨지면, 그것은 옮겨진 지역에서 생태적으로 외래종과 같은 위치에 있게 된다.

▲ 그림 1. 식물군락의 수와 외래식물 비율 사이의 관계. 식물군락의 수가 많은 산, 즉 보존상태가 양호한 산은 그 상태가 불량한 산보다 외래식물 비율이 낮았다.

지구상에 살고 있는 많은 생물들은 인간사회에 도움이 되는 수많은 상품과 서비스를 제공한다. 그러나 외래생물은 인간사회가 의존하는 이러한 자연생태계를 크게 해치고 있다. 그것은 생태계의 특성을 변화시킬 뿐만 아니라 인간사회가 의존하는 상품과 서비스에도 악영향을 끼치며 생태적 피해뿐만 아니라 경제적으로도 막대한 피해를 주고 있다. 최근 몇 년 동안 온 세계를 공포의 도가니로 몰아넣으며 수많은 인명을 앗아간 코로나바이러스 팬데믹이 이를 대표한다. 

▲ 그림 2. 인가에 가까운 등산로에서는 외래식물 식피율이 높았고, 정상을 향해가며 인가로부터 멀어지면 그 식피율이 낮아졌다. 망토군락을 도입하는 보호식재는 외래식물 식피율을 낮추고 있다 (오른쪽).

코로나바이러스는 생물들이 사는 모든 세계에 오랫동안 존재해 온 생물과 생물 사이의 관계를 이탈하여 들어 온 생태적 외래종이다. 그러나 이전에도 그런 사례가 많았다. 신대륙 개척 후 유럽으로부터 멕시코에 전파된 질병(천연두, 홍역 및 발진티푸스)도 그러한 예에 해당한다. 이러한 질병의 전파로 1518년에 2,000만 명이던 멕시코 인구는 50년 후 300만 명으로 감소하였고, 그 다음 50년 후에는 160만 명으로 감소할 정도로 크게 영향을 미쳤다. 아메리카 대륙 전체로 보면 그 영향으로 5,000만 명이 사망했다는 자료도 있다.

▲ 그림 3. 외래식물 가중나무가 침입한 식물군락 (붉은색 타원, Ailanthus altissima)은 자생식물이 이룬 상수리나무군락 (Quercus acutissima) 및 신갈나무군락 (Quercus mongolica) (푸른색 타원)과 종 조성에서 큰 차이를 보이고 있다.

   침입질병이 인간 외의 다른 동물에 미친 영향, 농작물에 미친 영향, 산림파괴, 생물종의 멸종 등 그 영향은 실로 매우 다양하고 크다. 따라서 선진국에서는 외래종에 대해 많은 연구를 해오고 있다. 특히 생물의 멸종 유발 요인 차원에서는 외래종 문제를 서식처 파괴 다음으로 중요한 요인으로 인식하여 큰 비중을 두고 관리해 오고 있다. 그러나 이러한 외래종에 대해 우리가 확보한 정보는 많지 않다. 목록을 작성한 수준에서 더 나아가지 못하고 있다. 밝혀진 외래종의 정착단계에 대한 정보도 거의 없다. 구축한 분포지도도 정확하다고 말하기 어렵다. 전문가도 크게 부족하다.

최근 서울여자대학교 생명환경공학과 이창석 교수는 외래종을 연구하는 생태학자들이 가지고 있는 다섯 가지 질문, 즉 어떤 생물의 종류가 많이 침입하는가? 그들은 어떻게 빨리 침입하는가? 어떤 종류의 생태계가 외래종의 침입에 취약한가? 외래종의 침입은 생태계에 어떤 영향을 미치는가? 우리는 어떻게 외래종 침입을 예방하고, 통제하며 제거할 수 있는가? 에 답하는 연구를 수행하여 그 결과를 국제저널 Biology (IF 5.168)에 실었다.

국내에 정착한 외래식물 중에는 국화과 식물이 가장 많았고, 벼과, 콩과, 십자화과 식물 등이 그 뒤를 이었다. 외래식물이 빠르게 침입하는 배경으로는 그들의 빠른 번식과 뛰어난 종자 산포능력이 꼽혔다. 그들이 분포하는 장소는 원산지에서의 분포장소와 유사한 경향을 보였다. 외래종의 침입에 취약한 생태계는 교란으로 질이 떨어진 생태계로 나타났다. 

▲ 그림 4. 외래식물 가중나무가 침입한 식물군락 (붉은색 타원, Ailanthus altissima)은 자생식물이 이룬 상수리나무군락 (Quercus acutissima) 및 신갈나무군락 (Quercus mongolica) (푸른색 타원)과 비교해 종 다양성이 낮았다. 종 다양성은 안정성을 의미하여 그것이 높으면 안정성이 높은 것으로 알려져 있다.

전국 규모로 보면, 도시지역, 농경지 주변, 해안 등에 외래종이 많이 출현하였다. 지역 차원에서 보면, 외래종은 교란이 빈번한 저지대에 주로 출현하여 저지대에까지 자연식생을 보유하여 높은 생태적 다양성을 보유하고 있는 산은 개발로 인해 저지대 식생을 상실하여 생태적 다양성이 낮은 산보다 외래종이 많이 출현하였다. 외래식물이 많이 출현하는 등산로에서도 저지대에 위치한 등산로는 고도가 높은 지역의 등산로에서보다 외래종 출현 비율이 높았다.

▲ 그림 5. 하천 변에서 외래식물 (가시박 및 단풍잎돼지풀)이 침입한 식물군락 (No treated, 붉은 색 타원)은 자연식생 (Reference) 및 자연식생으로 복원한 식물군락 (Restored)과 종 조성에서 큰 차이를 보이고 있다.

외래종이 침입한 생태계는 종 조성이 변하고 종 다양성이 감소하여 생태적 안정성이 떨어지는 것으로 나타났다. 외래종이 많이 출현하는 등산로 주변에 망토군락을 도입하는 보호식재를 한 결과 외래종의 식피율이 크게 감소하였고, 하천변에서도 수변식생을 복원한 결과 외래식물의 식피율이 크게 감소하였다. 이러한 결과, 자연의 체계적인 보존과 생태적 복원을 통해 훼손된 생태계의 치유는 외래종의 침입과 확산을 저해하는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.

eco@ecomedia.co.kr | 2023-06-14 

 

텔레비전과 라디오, 철새의 이동 경로 방해한다.
116메가헤르츠 미만의 전파 주파수는 새들을 혼란스럽게 해

연구자들은 전파가 철새의 자기 감각을 방해하기 시작하는 시기를 알아냈다. 라디오 및 텔레비전에 사용되는 주파수와 같은 116MHz 미만의 주파수는 방향 감각을 상실하게 하는 것으로 보인다. 반면에 우리의 모바일 통신을 포함한 더 높은 주파수는 자기 감각에 부정적인 영향을 미치지 않는다. 이러한 발견은 또한 철새의 자기 감각이 망막의 양자 화학 반응에 기반한다는 추가 증거를 제공한다.  

▲ 1. 서로 다른 전파 주파수는 이 블랙캡과 같은 철새를 혼란스럽게 할 수 있다. pixabay

셀 수 없이 많은 철새가 번식지에서 월동지까지 또는 그 반대로 이동하기 위해 매년 수천 킬로미터를 날아간다. 그들은 방향을 위해 지구의 자기장을 사용한다. 실험에서 알 수 있듯이 새의 탐색을 방해하고 경로를 벗어날 수 있는 전자기장이 분명히 있다. 

 

따라서 인간에게 무해한 전파 범위의 약한 전기 스모그는 철새의 망막 세포에서 복잡한 양자 물리 과정을 손상시키는 것으로 보인다. 그러나 지금까지 어떤 주파수가 이러한 영향을 미치고 언제 전파가 철새에게 안전한 것으로 분류될 수 있는지 명확하지 않았다. 초기 이론적 고려 사항에 따르면 임계 주파수는 120~220MHz 사이의 VHF 범위에 있음에 틀림없다.

올덴부르그(Oldenburg)에 있는 Carl von Ossietzky University의 보 레버에시트(Bo Leberecht)가 이끄는 연구팀은 최근 동물의 자기 감각의 민감성을 더 자세히 조사했다. 이를 위해 그들은 가을 이동 시즌 동안 특별한 방에 검은머리새(작은 명금류)를 보관하고 서로 다른 주파수 범위의 전자기장에 노출시켰다. 그런 다음 새들이 향하고 있는 방향을 관찰했다. 그들은 '오른쪽'(남서쪽) 또는 잘못된 방향으로 섰다. 이러한 행동 관찰은 슈퍼컴퓨터의 양자 역학 계산으로 보완되었다. 이러한 방법의 조합을 통해 연구원들은 전파가 철새의 탐색을 방해하는 주파수를 정확하게 결정할 수 있었고 동시에 자기 센서가 기반으로 하는 메커니즘에 대해 더 많이 배울 수 있었다.

라디오와 TV는 자기 감각 방해, 임계값은 116MHz

그 결과 블랙캡이 140~150MHz와 235~245MHz의 주파수에 노출되었을 때 전파가 자기 감각에 영향을 미치지 않았다. 두 경우 모두 연구자들은 새들이 자유 생활하는 동종과 마찬가지로 남서 방향으로 정렬하는 것을 관찰했다.

새들이 75~85MHz에서 방향 감각을 상실한 이전 실험의 결과와 함께 Leberecht와 그의 동료들은 자기 감각이 전파에 의해 손상되지 않는 대략적인 임계값을 결정할 수 있었다. 이것은 80에서 145MHz 사이다. 자기 센서의 프로세스에 대한 컴퓨터 지원 시뮬레이션을 통해 연구원들은 이 범위를 더 좁히는 두 번째 단계, 즉 116MHz의 임계값으로 성공했다. 

▲ 주파수가 116메가헤르츠 이상인 전파는 철새의 자기 감각에 무해하다. pixabay

따라서 주파수가 116메가헤르츠 이상인 전파는 철새의 자기 감각에 무해하다. 예를 들어 이는 890MHz의 주파수를 사용하는 이동 통신에 적용된다. 그러나 일부 라디오와 텔레비전 방송국은 116MHz 미만의 전파를 사용하므로 철새의 자기 감각을 혼동할 가능성이 있다고 연구팀은 보고했다. 

이것은 특히 민간 및 비상업 라디오 운영자가 사용하는 라디오에 적용된다. 약 26~27MHz의 주파수 범위는 이 애플리케이션을 위해 예약되어 있다. 이러한 전파는 철새의 항해를 방해할 수 있는 범위에 있다. 따라서 연구원들은 예를 들어 철새가 쉬는 장소에서 무선 신호를 사용하지 말 것을 권장한다. 결정된 임계값은 철새의 자기 센서 기능에 대한 이전 가정과도 일치한다. 

분명히 이 센서는 새 망막의 단백질인 크립토크롬 4에 있다고 올바르게 가정되었다. 빛이 크립토크롬 4 단백질에 닿으면 내부에서 다중 전자 이동을 유발해 결국 자기적으로 반응하는 플라빈과 트립토판 라디칼 쌍을 형성한다. 그런 다음 새가 지구의 자기장을 감지할 수 있도록 신경 신호를 트리거한다.

"행동 실험과 컴퓨터 시뮬레이션은 자기 인식이 자기 나노입자와 같은 완전히 다른 프로세스가 아니라 우리가 의심한 양자 역학 메커니즘을 기반으로 한다는 또 다른 강력한 표시를 제공한다"고 레버에시트의 동료인 Henrik Mouritsen이 말했다.
(National Academy of Sciences 회보, 2023; doi:10.1073/pnas.2301153120)
출처: Carl von Ossietzky University of Oldenburg, Proceedings of the National Academy of Sciences

 

 

생물다양성 높은 ‘하중도’, 환경조건에 따라 식생 달라

하천 내 작은 섬에서 식생의 공간분포는 물 흐름이 이루어내는 타발적 천이 (allogenic succession) 양상을 닮아 있다.

하천은 흐르는 물로 인해 침식, 수송 및 침전이 끊임없이 일어나는 역동적인 공간이다. 이처럼 동적 공간이기에 하천변에서 식생의 공간 분포는 흐르는 물의 영향을 크게 받아 수로로부터 제방 방향으로 수명의 길이에 따라 일년생 식물, 다년생 식물, 그리고 나무가 지배하는 식생이 순서대로 나타난다. 하천 내에 침식물이 퇴적되어 형성된 작은 섬들에서도 식생의 공간분포는 이러한 순서를 보인다. 다만 그 섬을 이루는 입자의 크기에 따라 그 순서가 상류에서 하류 방향이 될 수도 있고 그 반대방향이 될 수도 있다.

우리나라는 몬순기후 특성 상 강우가 장마기간에 집중되는 경향이다. 따라서 홍수의 영향이 하천 환경에 크게 작용한다. 게다가 주식인 쌀 확보를 위해 하천의 상당 부분을 논으로 전환하며 그 폭을 좁혀 홍수 피해를 키울 조건을 갖춰 놓고 있다. 따라서 우리가 꾸려 놓은 환경이지만 해마다 장마철이 다가오면 그 피해가 두려워 하천 다듬기를 반복하고 있다. 우리나라는 산지가 65% 정도를 차지하는 산악국가로서 하천의 기울기가 가팔라 유속이 빠르다. 게다가 하천의 폭을 좁히고 미지형까지 다듬어 놓았으니 홍수 시 물의 흐름은 더 빨라질 수밖에 없다. 이러한 자연환경 특성과 인위적 교란이 더해져 하천에서 이러한 작은 섬들, 즉 하중도를 찾아보기 힘들다. 그러나 우리나라와 하천관리체제가 다른 나라들에서 연구된 바에 따르면 이러한 하중도는 생물다양성이 높고, 수질 개선을 비롯해 그들이 발휘하는 생태계서비스 기능이 매우 큰 것으로 알려져 있다.

▲ 하중도 (왼쪽)와 강변구역 (오른쪽)에서 식생의 공간분포를 보여주는 사진. 하중도에서는 상류에서 하류를 향해 종단방향으로 식생의 공간분포가 일년생 식물 (annual), 다년생 식물 (perennial) 및 큰키나무 (tree) 우점 식생의 순서 (산지하천, upstream 및 하구, estuary) 또는 그 반대 (모래하천, downstream) 순서로 나타났다. 강변구역에서는 이러한 공간분포가 횡단방향으로 나타났다. 식생유형 간 우점종의 수명과 그것이 보이는 생물다양성의 차이를 고려할 때 이러한 공간 분포는 천이단계를 반영하는 것으로 판단된다. 그리고 그러한 천이단계는 홍수 주기와 강도가 이루어낸 것으로 판단된다.

설악산 주변과 동해안의 민통선 가까운 지역에서 어렵게 이러한 하중도를 보유하고 있는 하천을 찾아 그곳에 성립한 식생을 분석하여 물의 흐름이 하중도를 이루어내는 과정을 밝혔다. 하천 바닥 물질의 입자가 매우 큰 산지하천에서는 물의 흐름이 강하지만 입자의 크기가 크고 무거워 돌들이 굴러가며 하중도를 형성하여 그것이 상류방향으로 커간다. 식생의 공간분포가 이러한 하중도 형성과정을 반영하고 있다. 

즉 상류방향에는 달뿌리풀이나 갯버들 같이 풀이나 작은 나무가 자라고 하류방향으로 이동하며 황철나무, 가래나무, 어린 소나무 등 중간키 나무가 자라다가 하중도의 높이가 높고 안정된 상태인 곳에 이르면 성숙한 소나무가 숲을 이루고 그 하층에는 졸참나무, 서어나무 같은 활엽수들도 정착해 있다. 같은 장소에서 하천 변에 성립한 식생을 보면 수로로부터 거리가 멀어짐에 따라 횡단방향으로 이러한 식생분포가 거의 동일하게 나타난다.

하천을 따라 하류로 내려가면 입자 크기가 큰 돌들이 흘러가며 마모되어 자갈하천이 되고 모래하천이 되며 바다에 가까운 하류나 하구에 가면 갯벌처럼 고운 입자를 가진 하천이 된다. 모래하천에 형성된 하중도에 성립한 식생을 보니 상류방향에는 나무가 지배하는 식생이 성립하고, 하류로 이동하며 다년생 식물이 지배하는 식생이 성립하고 이어서 일년생 식물이 지배하는 식생이 나타나 산지하천의 하중도에 성립한 식생의 공간분포와 반대 추세를 보이고 있다.

▲ 그림 1. 산지하천에 존재하는 큰 하상입자는 굴러서 (rolling, sliding) 이동하고, 중·하류 하천에 존재하는 모래 (sand)는 도약 (saltation) 후 낙하하며 미사 (silt)와 점토 (clay)는 부유된 상태로 이동한다. 한편, 하구에서는 강물의 해수의 영향이 함께 작용하여 이루어낸 하구순환 (estuary circulation)이 하상물질을 상류 방향으로 수송하는 과정을 보여주는 모식도.

나무가 지배하는 식생은 버드나무가 중심이 되고 다년생 식물 집단은 갈풀, 부들, 줄 등이 지배하고 있으며 일년생 식물 집단은 명아자여뀌가 지배하고 있다. 홍수 시 강한 물 흐름이 정착한 식물에 막히며 모래를 부유시켜 하류방향으로 하중도를 이루어내는 결과의 표현이다. 여기서도 강변식생은 수로로부터 제방을 향해 이동하며 하중도에서 종단 방향으로 성립한 식생의 공간분포를 순서만 바꾸어 횡단방향으로 재현하고 있다. 강변구역에서 수로로부터 거리에 따라서 물의 범람주기와 강도가 달라지며 이루어낸 결과다.

하천을 따라 더 내려가 하천이 바다와 만나는 하구에 도달하여 그곳에 성립한 하중도의 식생을 보니 이번에는 다시 그 순서가 바뀌어 있다. 즉, 상류에는 명아자여뀌와 물피가 중심이 된 일년생 식물이 지배하는 식생이 분포하고, 그 다음에는 갈대, 부들, 물억새 등과 같은 다년생 식물이 중심이 된 식생이 나타나며 그 다음에는 버드나무가 중심을 이룬 식생이 분포하였다. 그 결과 종단방향으로의 식생 발달단계는 모래하천의 하중도에 성립한 식생과는 반대 양상을 보인 반면에 산지하천의 하중도에 성립한 식생과는 같은 양상을 나타내었다. 

물의 흐름을 타고 쓸려 내려온 토양 입자가 바다에서 밀려오는 파도의 영향으로 역류하며 나타난 소위 하구순환 (estuary circulation)이 이루어낸 결과다. 여기서도 강변식생은 수로로부터 제방을 향해 이동하며 하중도에서 종단 방향으로 성립한 식생의 공간분포를 횡단방향으로 재현하고 있다.

이상의 결과에서 보여지듯이 하중도에서 식생의 종단분포는 홍수의 범람주기와 강도에 비례하여 성립하는 강변 식생의 횡단분포를 닮아 있다. 이러한 결과는 하상물질의 동태, 즉 타발적 과정 (allogenic process)이 다이나믹한 하천에서 식생의 공간 분포와 천이를 결정하고 있음을 보여주고 있다. 각 천이단계의 식생을 지배하는 우점종의 수명이 천이단계에 비례하여 증가하고 있음을 고려하면 그 단계가 교란의 빈도와 강도에 반응하여 결정된 것으로 판단할 수 있다. 나아가 종 다양성 또한 그러한 단계에 비례하여 천이단계에 따른 종 다양성의 전형적인 변화 양상을 보여주었다.

서울여자대학교 생명환경공학과 이창석 교수는 환경부 지원 사업으로 수행한 이러한 연구결과를 SCI급 국제 저널 Water에 실었다. ecomedia.co.kr | 2023-05-02