해양 산성화에 따른 사육수의 낮은pH변화가 숭어(Mugil cephalus)에 미치는 영향

Abstract

최근 산업 발달 및 경제적 성장으로 인해 화석연료의 사용이 증가함에 따라 대기 중에 방출되는 CO2의 방출량 또한 크게 증가하고 있다(Solomon et al., 2007). 특히 화석연료의 연소에 의해 방출된 대기중의 CO2는 해양으로 흡수되어 탄산염(carbonate) 및 중탄산염(bicarbonate)을 생성하게 되며 이로 인한 해양의 수소이온농도(pH)의 감소가 해양 산성화(ocean acidification)를 초래한다 (Gattuso and Buddemeier, 2000). 일반적으로 자연상태 해수(약 35 psu)의 pH는 7.8 - 8.2의 범위로 일정하게 유지되며, pH가 그 이하로 내려가는 것은 극히 드물었지만, 앞서 언급 하였듯이 CO2의 방출량 증가로 인한 기후의 변화가 해양의 pH를 산성화시킴에 따라 큰 문제를 야기할 것으로 여겨지고 있다(Knutzen, 1981). 이에 해양 산성화는 전 세계적인 문제로서 대두되고 있으며, 2000년대 초반부터 산성화가 해양 생물에 미치는 영향에 관한 연구가 급격히 증가하고 있다(Gattuso and Hansson, 2011). 수중에 서식하고 있는 해양 생물은 pH가 미미하게 변화하여도 스트레스의 요인으로서 크게 작용하여 다양한 생리학적 영향을 야기하게 된다(Pörtner et al., 2004). 현재까지 해양 산성화가 상어(Mustelus canis), 연어(Oncorhynchus gorbuscha) 및 큰 가시고기(Gasterosteus aculeatus)와 같은 어종에서 성장 저하, 감각기능 손상 및 신경 전달물질 기능의 변화로 인한 행동 변화 등 다양한 장애를 유발하고, 물질수송과정에 영향을 미쳐 어류의 호흡 및 산소수송기능의 저하를 가져오는 것으로 보고되고 있다(Dixson et al., 2015; Ou et al., 2015; Lai et al., 2015; Pörtner et al., 2004). 따라서 지속적인 해양 산성화는 해양 생태계의 멸종과 유사한 효과를 나타낼 수 있으므로(Arrigo, 2007),해양 산성화가 해양 생물에 미치는 영향을 파악하여, 지속적으로 변화하는 지구의 해양 환경에 미리 대처하는 것이 매우 중요할 것으로 여겨진다. 또한 종(species) 또는 개체군(population)간의 회복 능력에 따라 해양산성화가 체내에 미치는 영향은 크게 달라질 수 있기 때문에 어종에 따른 변화 분석 또한 매우 중요하다고 할 수 있다(Pörtner, 1998).숭어(Mugil cephalus 는 해수 ) 및 담수에서 모두 사육이 가능한 어종으로서, 우수한 삼투조절을 가지고 있어 다양한 변화에 적응력이 뛰어난 것으로 알려져 있다. 또한 숭어는 전 세계적으로 분포하는 종으로 환경 변화에 대한 지표 실험동물로 매우 적합한 어종으로 판단되고 있다. 따라서 본 연구에서는 해양 표층의 평균 pH인 8.1 전후를 대조구(pH 8.0)로 설정하여 pH의 저하에 따른 어류의 생리적 변화를 관찰하기 위하여, pH 8.0을 포함한 총 4가지의 pH농도의 수중 환경에서 사육한 숭어(M. cephalus)를 이용하여 해양 산성화가 광염어종인 숭어(M. cephalus)에 미치는 영향을 검토하였다.

The ocean acidification from global warming is affects marine life in the ocean. In particular, fish is subject to various physiological changes in the body even after minute changes in the pH of the water, resulting in respiratory and osmotic pressure control disorders. Since the ocean acidification is rapidly progressing as CO emissions ₂ continue to increase in recent years, it is very important to understand the effects of ocean acidification on marine life and to cope with it in advance. In this study, we investigated the effect of ocean acidification using M. cephalus. M. cephalus of about 14.8 ± 3.4 g were used in the experiment and the pH in the water bath was adjusted with 6.0, 6.5 7.0 and 8.0 (natural condition), respectively. Four experimental groups were set up in 25 per experimental groups and were kept for 15 days, food did not supply. After the end of breeding, the survival rate and body weight were measured respectively. By sampling the blood and liver of each experimental fish were performed blood biochemical analysis, osmotic concentration measurement and antioxidant activity analysis. As a result, the decrease of the survival rate and the decrease of the body weight were confirmed as the concentration of the pH decreased. In addition, AST, TP and TG showed a significant difference between the experimental groups as the pH decreased, which is presumed to be caused due to the stress by change of low pH. As a result of the osmotic pressure measurement, it was confirmed that the osmotic pressure value was significantly higher in the pH 6.0 experimental group. In addition, SOD, CAT and GSH measurement results, which are defensive mechanisms to remove active oxygen, SOD showed high values low pH environment condition, but CAT maintained a rather low value, and GSH showed low activity in low pH environment condition. In general, antioxidant enzymes have been reported to be sensitive to osmotic stress. Therefore, in this study, it is considered that the lowering of pH also causes a change of antioxidant enzyme activity by acting as a stress factor by inducing osmotic pressure control disorder. In conclusion, it is considered that when M. cephalus is exposed to acidification of pH, it induces changes in the blood constitution and osmotic pressure control disorder of the body and it induces in reduction of survival rate and inhibition of growth causing physiological stress in the body due to the effect the antioxidant enzyme activity.