고래, 어류, 바다새 및 대형 동물들의 쇠퇴가 지구의 영양소 순환을 깨뜨리다

[사이언스 데일리] 과거에는 고래, 대형 육상 포유류 및 기타 동물들이 배설물을 통해 영양소를 이동시킴으로써 지구를 비옥한 상태로 유지시키는 데 중요한 역할을 담당했다. 하지만 이들 동물 중 많은 수가 크게 쇠퇴하거나 멸종하면서 지구의 영양소 순환 체계가 심각한 손상을 입어 어업 과 육상 생태계를 위협하고 있다고 과학자 팀이 보고하고 있다.

(2015년 10월 26일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 버몬트 대학

똥, 오줌, 그리고 죽은 후 분해되는 사체 등을 통해 깊은 바다 속에서 내륙 깊숙한 곳까지 영양소를 이동시키는 서로 연결되어 있는 동물들의 시스템을 보여주는 그림. Credit: Diagram from PNAS; designed by Renate Helmiss

똥, 오줌, 그리고 죽은 후 분해되는 사체 등을 통해 깊은 바다 속에서 내륙 깊숙한 곳까지 영양소를 이동시키는 서로 연결되어 있는 동물들의 시스템을 보여주는 그림. Credit: Diagram from PNAS; designed by Renate Helmiss

한때는 거대한 동물들이 지구를 배회했다. 바다에는 몸길이 30미터 되는 고래들이 가득했다. 거대한 육상 동물 — 트럭만한 크기의 늘보와 10톤이나 나가는 매머드 등 — 은 엄청난 양의 음식을 먹고 엄청난 양의 똥을 배출했다.

새로운 연구에서 이들 고래와 거대한 육상 포유류 — 그리고 바다새와 이주하는 어류들도 — 들이 깊은 바다 속에서부터 바다 곳곳은 물론 강을 거슬러 올라가 내륙 깊숙한 곳, 심지어 산꼭대기까지 영양소를 이동시킴으로써 지구를 비옥한 상태로 유지시키는 데 중요한 역할을 담당했다는 것이 밝혀졌다.

하지만 이들 동물 중 많은 수가 크게 쇠퇴하거나 멸종하면서 지구의 영양소 순환 체계가 심각한 손상을 입어 어업과 육상 생태계를 위협하고 있다고 한 과학자 팀이 10월 26일 ‘미국 국립과학원 회보 (Proceedings of the National Academy of Sciences )’ 에 발표한 논문에서 보고하고 있다.

“전지구적인 순환이 깨지는 바람에 생태계의 건강성, 어업, 그리고 농업까지 취약해질 가능성이 있습니다.” 이번 연구의 공저자인 버몬트 대학의 생물학자 조 로만의 말이다.

육지에서는 영양소가 집중되어 있는 “핫스팟” 에서 영양소를 운반하는 동물들의 능력이 과거 — 마지막 빙하기가 끝날 무렵 150 종의 포유류 “거대동물군” 이 멸종하기 이전 — 에 비해 8퍼센트 수준으로 급전직하했다고 연구팀은 기록하고 있다.

그리고 지난 수 세기 동안 주로 사람들의 사냥 때문에 중요한 영양소인 인 (phosphorus) 을 깊은 바다속에서 표면으로 끌어올리는 고래와 기타 해양 포유류들의 능력이 75퍼센트 이상 감소했다고 새 연구에서는 밝히고 있다.

무시되어온 동물

“이전에는 동물들이 영양소 이동에 중요한 역할을 담당하고 있다고는 생각하지 못했습니다.” 주저자인 옥스포드 대학의 생태학지 크리스토퍼 다우티의 말이다.

하지만 새로운 연구에서는 동물들이 결정적인 “분배 펌프” 역할을 담당하고 있다는 것을 밝혔다. 동물들은 배설물을 대량으로 이동시켜 바다 표층수와 대륙 내부 깊숙한 곳을 포함하여 배설물이 아니었다면 생산성이 낮았을 장소 곳곳을 비옥하게 만들어주고 있다.

이렇게 비옥하게 만들어진 생태계는 반대급부로 사람들에게 필수적인 자연의 기능을 유지해준다. 예를 들어 이번 연구에서는 고래 개체군을 복원하는 것이 기후온난화를 일으키는 이산화탄소를 바다가 흡수할 수 있는 능력을 증가시켜 주리라는 것을 지적하고 있다.

전통적으로 영양소 순환을 연구하는 과학자들은 암석의 풍화와 박테리아가 질소를 고정하는 과정에 주안점을 두어 왔다. 동물들은 무시되었던 셈이다. 이런 관점은 동물의 역할이 영양소를 수동적으로 소비하는 정도에 그치는 미미한 것이라고 가정하는 것이다. “하지만 그 이전에 비해 동물들의 수와 크기가 급격하게 줄어든 시대에 우리가 살고 있다는 것을 생각해 보면 이런 관점은 이상한 것일 수도 있다.” 아홉 명의 과학자로 구성된 연구팀은 논문에 이렇게 쓰고 있다.

“이번 논문은 일부 과학자들이 가지고 있는 아래에서부터 위로 올라가는, 즉 미생물이 대부분의 일을 다 하고 있으며 식물성 플랑크톤과 식물들만이 중요하다는 편향된 관점에 도전장을 던지고 있습니다.” 버몬트 대학 루벤스타인 환경 및 자연자원학부 및 건드 생태경제학연구소의 고래 전문가인 조 로만의 말이다.

“예전에는 세계에 지금보다 열 배나 많은 고래, 스무 배나 많은 연어 등의 회유성 어류, 두 배나 많은 바다새, 그리고 열 배나 많은 대형 초식동물 — 거대 땅늘보와 마스토돈, 그리고 매머드 등 — 들이 있었습니다.” 로만의 말이다.

현생 인류가 발흥하기 이전의 땅 위에는 굴삭기 만한 크기의 코끼리 비슷한 동물인 곰포테레스, 너비 4미터 되는 뿔을 가진 사슴, 그리고 지평선 끝까지 점령한 들소떼 등이 있었다. 여기에 나열한 동물들은 엄청난 양의 식물을 먹어치워 소화를 통해 영양소의 방출을 가속시키고 먹이를 먹는 장소에서 영양소를 섭취하고 더 높은 곳으로 올라가서 배설물을 배출하거나 죽어서 사체가 분해되며 영양소를 이동시켰던 수많은 거대 동물들 중 몇 종류에 불과하다.

전반적으로 과학자들은 땅과 바다의 특정 장소에 집중되는 영양소를 다른 곳으로 이동시키고 퍼트리는 영양소 이동펌프 역할을 하는 동물들의 능력이 이전에 비해 6 퍼센트 정도에 불과할 것이라고 계산했다.

고래가 하는 일

최근에 수행된 일련의 연구들을 통해 대형 동물들이 상대적으로 더 많은 양의 영양소를 이동시키는 것으로 나타났다. 이번 연구를 위해 연구팀은 — 옥스포드 대학, 버몬트 대학, 하버드 대학, 덴마크 아르후스 대학, 프린스턴 대학, 네덜란드 생태대학, 그리고 퍼듀 대학의 과학자들을 포함하는 — 이러한 발견 및 과거와 현재의 동물 개체군에 대한 여타 기존의 자료들을 이용했다. 이들은 바다와 육상에서 수직으로 이동하는 영양소의 양을 추산하고, 동물 개체군의 멸종 및 쇠퇴로 인해 이러한 이동이 어떻게 변했는지를 알아보기 위해 여러 수학적 모델을 적용했다.

예를 들어 고래의 인구밀도는 지난 3 세기에 걸쳐 상업적 포경때문에 66% 에서 90% 정도 줄어든 것으로 추정했다. 가장 암울했던 것을 보면, 몸무게 100 톤이 넘는 흰긴수염고래가 과거에는 전세계의 바다에 걸쳐 350,000 마리 가량 살고 있었다. 현재는 불과 수천 마리 정도만이 남아 있다. 이들과 다른 대형 고래들은 깊은 바다 속에서 먹이를 잡고 햇빛이 비치는 표면으로 올라와 “양털처럼 보이는 액체 구름같은 형태로” 배설을 한다고 로만은 말한다.

제한된 인

특히 이번 연구에서는 인에 대해 조사했는데 인은 식물 성장에 필수적인 영양소다. 상업적 포경이 있기 이전에는 과학자들의 추정에 의하면 고래와 기타 해양 포유류들이 7억 5천만 파운드의 인을 바다 깊은 곳에서 표면으로 이동시켰다고 추정했다. 현재는 이 숫자가 1억 6500만 파운드로 과거 용량의 23 퍼센트에 불과하다.

연구팀은 또 바다에서 먹이를 잡은 후 육지로 이동하는 바다새와 바다에 살다가 강을 거슬러 올라가 배설하고 알을 낳고 죽는 연어와 같은 어류 개체군에 대한 자료도 모았다. 이들 새와 어류는 매년 바다에서 육지로 3억 파운드 이상의 인을 이동시켰던 것으로 보이지만 이 수치는 바다새 군집이 파괴되고 서식지가 없어지고 남획에 희생되는 등의 이유로 과거의 4퍼센트 이하로 떨어졌다.

“인은 비료의 필수 요소인데 쉽게 구할 수 있는 인산염 공급지는 빠르면 50년 안에 다 떨어질 수도 있습니다.” 옥스포드의 크리스 다우티의 말이다. “동물들을 이전의 수로 회복시킨다면 바다에서 땅 위로 인을 순환시키는 데 도움이 될 겁니다. 결과적으로 향후에 전세계적으로 사용가능한 인의 양이 늘어날테니까요.”

회복

육상에서 거대 동물들의 시대는 1만 2천 년 전에 시작된 거대동물군의 멸종 이후로 끝난다. 이 멸종은 기후변화 및 신석기 시대의 사냥군을 포함하여 복잡한 요인이 작용한 것이었다. 또 바다에서 거대 동물들의 시대는 인류의 산업시대 시작 이후 고래를 비롯한 기타 포유류에 대한 사냥이 시작되면서 끝났다.

“하지만 회복시키는 것이 가능하고 또 중요합니다.” 버몬트 대학의 로만의 말이다. 그는 아메리카 들소를 예로 들었다. “이룰 수 있는 목표입니다. 정책적으로는 쉽지 않은 일이겠지만 우리 힘으로 들소떼를 북아메리카에 되살려낼 수 있습니다. 필수적인 영양소 순환 경로를 복원시킬 수 있는 한 가지 방법입니다.”

또 고래와 해양포유류 개체군들 중 많은 수가 회복되고 있는 중이라고 로만은 지적한다. “고래 개체군이 다시 상대적으로 풍부해지는 세상을 상상하는 것도 가능합니다.” 로만의 말이다.

하지만 소와 같은 가축을 기르는 것이 이제는 멸종한 대형 육상 동물의 영양소 분배 역할을 대신할 수 있지 않을까? 새로운 연구에 따르면 그에 대한 답은 ‘아니오’ 라고 한다. 소가 많긴 하지만 이들의 움직임은 울타리에 갇혀 있어서 동물들 및 영양소의 움직임을 제한하고 있다. “미래의 목장은 더 적은 울타리, 그리고 종들이 더 넓은 영역을 차지할 수 있도록 만들어져야 할 것이다,” 라고 연구팀은 논문에 쓰고 있다.

“전형적인 영양소의 흐름은 산에서부터 바다로 흘러내리는 것이었습니다.” 조 로만의 말이다. “우리는 영양소가 그 반대 방향으로 움직이는 방법을 살펴보고 있습니다. 이것은 주로 먹이를 찾는 동물들에 의해 이루어져 왔습니다. 동물들이 깊은 바다 속에서부터 브리티시 콜럼비아 주의 산 위에 도달할 수 있게 영양소를 이동시키고 있습니다.”

참고문헌

Christopher E. Doughty, Joe Roman, Søren Faurby, Adam Wolf, Alifa Haque, Elisabeth S. Bakker, Yadvinder Malhi, John B. Dunning Jr., and Jens-Christian Svenning. Global nutrient transport in a world of giants. PNAS, October 26, 2015 DOI: 10.1073/pnas.1502549112

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카테고리:번역, 고생물학, 사이언스 데일리, 신생대, 포유류, 현생, 지질학

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