고주파 초음파를 이용한 저서 와편모조류의 이동성 연구

Abstract

지구 전체 광합성 양의 50% 이상을 기여하는 식물플랑크톤의 중요성은 오래 전부터 강조되어 왔으며 현재까지 많은 연구가 진행되어 오고 있다. 한편 해양 환경에서 식물플랑크톤의 이상 증식 현상을 일컫는 적조 현상은 전 세계적으로 피해를 입힌다고 알려져 있다. 우리나라 연안에서도 부유성 와편모조류인 Cochlodinium polykrikoides(C. polykrikoides)로 인한 유해 적조가 여름철에 빈번하게 발생하고 있다. 또한 지구온난화로 인하여 수온이 상승함에 따라 최근 제주도 해변에서 아열대성 미세조류인 유독성 저서 와편모조류 Amphidinium carterae Hulburt(A. carterae)가 출현한다고 밝혀졌다. 본 논문에서는 실험실 내에서 40 MHz 초음파 트랜스듀서를 이용하여 A. carterae 의 농도에 따른 후방산란신호를 측정하였고, 낮과 밤에 따른 와편모조류의 운동성을 측정하였다. 농도 별 후방산란강도 측정 결과 333,000 cells/ml 에서는 후방산란파워(Integrated Backscattering Power, IBP)가 약 16.5 dB, 44,000 cells/ml 에서는 약 8.5 dB로 측정되어 개체 수가 약 85 % 줄었을 때 후방산란신호는 8 dB 감소하는 것을 확인하였다. 또한 빛의 유무에 따른 후방산란신호의 시간 변화량을 M-mode 영상으로 분석한 결과 A. carterae가 빛이 있는 쪽으로 이동하는 것을 관측하였다. 빛에 반응하는 와편모조류의 운동성을 M-mode 영상에서 측정하여 이동속도를 계산한 결과 빛 환경에서 수직 운동은 약 0.4 mm/s, 암흑 환경에서 수직 운동은 0.1 mm/s로 추정할 수 있었다. 본 논문에서는 40 MHz 초음파 후방산란파워를 측정하여 실험실 내에서 와편모조류 A. carterae 개체 수의 역 추정 가능성을 제시하였으며, 빛에 반응하여 이동하는 와편모조류의 운동성을 초음파 M-mode 영상과 후방산란신호를 이용하여 분석하였다. 이러한 결과들은 추후 초음파를 이용한 식물플랑크톤 연구를 위한 기초 자료로 이용될 수 있을 것으로 생각된다.

The importance of phytoplankton which has contributed more than 50 % of the global amount of photosynthesis is highlighted for a long time, leading to lots of researches. The red tide phenomenon referring to abnormal growth of phytoplankton in the marine environment is known to cause damages of the ecosystem and aquaculture around the world. In the coast of Korea, harmful red tide planktonic dinoflagellates Cochlodinium polykrikoides (C. polykrikoides) are frequently appeared in summer. In addition, subtropical toxic microalgae benthic dinoflagellates, Amphidinium carterae Hulburt (A. Carterae) has been recently observed around Jeju island as the temperature increases due to global warming. In this paper, the backscattering power from A. carterae was measured using a 40 MHz ultrasound transducer in the laboratory in order to investigate the effects of concentration and the mobility of the dinoflagellates responding to the light. The integrated backscattering power (IBP) from the concentration of 333,000 cells/ml was measured to about 16.5 dB, while the one from 44,000 cells/ml was about 8.5 dB. An 8 dB decrease of IBP was inferred from about 85% reduced concentration of A. Carterae. In addition, the analysis of M-mode images from A. Carterae in respond to light showed the motion of A. Carterae toward the light. The mobility of the dinoflagellates, A. carterae, in response to light from the M-mode images was estimated to about 0.4 mm/s for the vertical movement in a light environment, while it was to be about 0.1 mm/s in a dark environment. In this paper, we measured the 40 MHz ultrasound backscatter power from dinoflagellates, A. carterae, and showed the possibility of the estimation of their concentration by measurement of IBP in the laboratory. The mobility of the dinoflagellates in response to light was also estimated by M-mode ultrasound imaging. These results may be used as the basis of research on the phytoplankton by using the ultrasound.