미생물 생태와 동해탄소순환 (Microbial Ecology and carbon cycle in the East Sea, Korea)

Fig. 1. Microbially-mediated carbon cycles in the ocean

해양에서 일차생산-미생물 간의 상호작용에 대한 연구를 통한 유기탄소의 경로를 밝히는 일은, 해양의 탄소순환경로를 이해하고, 기후변화에 따른 해양의 탄소저장기능 변화를 평가하는데 있어 필수적인 정보를 제공한다.
박테리아는 해수 내에서 순환되는 유기탄소를 분해하는 과정에서: (1) microbial loop를 통해 상위영양단계로 에너지를 전달하거나; (2) 호흡(O₂ 소비)을 통해 CO₂를 생성함으로써, 생물펌프(Biological C Pump)를 통한 해양의 탄소제거 기능 약화를 야기하거나; (3) 미생물 탄소펌프(Microbial C Pump)를 통해 난분해성 유기탄소(RDOC)를 생성하여 해양의 잠재적 탄소저장기능을 담당하는 등 해양의 탄소순환을 조절하는 중요한 생물요인이다 (Fig. 1).
최근 기후온난화로 이해 전세계적으로 해양의 표층수온이 상승하고 있으며, 이에 따라 수층 구조의 변화(성층발달) 혹은 용승 강도의 변화에 대한 연구들이 이루어지고 있으며, 이와 관련하여 해양의 일차생산이 감소하고, 크기가 작은 식물플랑크톤 및 박테리아의 생체량이 증가하고 있다는 연구들이 보고되고 있다. 본 연구실에서는, 2005년 이래 동해에서 기후변화(수온상승, 용승, 성층발달)에 따른 미생물 요인의 반응을 조사함으로써 향후 기후변화가 해양의 탄소순환 및 생태계 변화에 미치는 영향을 진단ㆍ예측하기 위한 연구를 수행해 오고 있다.

[연구사례 : 생산력이 높은 동해 울릉분지에서 용승강도에 따른 박테리아 요인 변화]

Fig. 2. Satellite images of surface water temperature (SST) and phytoplankton biomass (Chl a). Note the cold water formation (upwelling) enhanced Chl a along the southeast coast of Korean peninsula (panel a), and the productive coastal water at D1 is delivered to the center of the basin (D4) along the stream of the UWE (panel b)

동해 울릉분지(Ulleung Basin; UB)는 연안용승과 울릉 난수성 소용돌이(Ulleung Warm Eddy; UWE)에 의해 생물생산력이 높은 해역이다 (Fig. 2).
용승에 의해 높아진 연안(D1)의 높은 식물플랑크톤 현존량(Chl a)가 UWE를 따라 분지 중앙(D4)까지 전달되며, 그로 인해 박테리아 생산력도 높게 나타났다(Fig. 3).

Fig. 3. Enhanced bacterial production at the D1 and D4.

2012-2013년 울릉분지에서 용승강도에 따른 박테리아 생산력(BP; Bacterial production)과 박테리아 호흡율(BR; Bacterial respiration)을 측정한 결과, 용승의 강도가 약해짐에 따라 박테리아의 생산력과 생장효율(BGE; Bacterial growth efficiency)이 감소한 반면, 호흡율은 용승강도에 따라 큰 차이를 보이지 않았다(Fig. 4).

Fig. 4. Bacterial production (BP), respiration (BR) and growth efficiency (BGE) with the variations of upwelling intensity in the Ulleung Basin, East Sea.

이러한 결과들은, 향후 기후변화로 인한 용승강도가 약해지면, 박테리아의 생장이 제한되고, 호흡을 통해 만들어낸 에너지의 대부분을 생존에 필요한 대사작용 유지를 위해 사용하여 울릉분지의 생물펌프 기능이 약화될 수 있음을 시사한다.
[문의: 김보미나(bomina0315@hanyang.ac.kr)]