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바다의 지배자를 찾는 배, 타라

타라의 연구 일지

기간 2009년~2013년
운행 거리 14만km
탑승 인원 연구원 160명, 선원 90명(선원, 예술가, 기자 등)
국적 40개국
참여 연구실 23개
연구 방법 5~690μm 네트 7종, 정량펌프, CTD
측정 깊이 0~2000m
수집 장소 전세계 바다 210곳
수집 자료 3만 5000개 이상
연구 결과 플랑크톤의 유전적 다양성 증명


<;어린이과학동아>; 친구들 만나서 반가워! 나는 전세계 바다를 돌아다닌 연구선, ‘타라’야. 과학자들은 나를 타고 바닷물 속에 있는 생물들을 연구한단다. 물고기 한 마리 제대로 못 잡을 것 같은 저 작은 그물을 이용해서 말이야. 내 이야기 한 번 들어볼래?

눈에 보이지 않는 지배자를 찾아라!

플랑크톤은 물에 떠서 사는 생물을 통틀어 부르는 말이에요. 운동 능력이 아예 없거나 매우 약해 물살을 거슬러서는 움직일 수 없지요. 마이크로미터(1μm는 10-6m) 단위부터 수m까지 종류도 다양해요. 예를 들어 식물 플랑크톤이자 조류의 일종인 클로렐라는 지름이 10μm보다 작지만, 여름철마다 바다에 나타나 피해를 입히는 노무라입깃해파리는 몸길이가 1m가 넘어요.

‘타라’는 바로 이런 플랑크톤을 찾는 연구선이에요. 2009년부터 2013년까지 전세계를 돌아다니며 5년 동안 플랑크톤을 찾으며 연구했고, 5년 간의 여정을 5편의 논문으로 정리해 최근 과학 학술지인 ‘사이언스’에 발표했어요.

타라의 조사에 따르면 바닷물 1L에 식물 플랑크톤은 최대 100만 마리가, 동물 플랑크톤은 최대 1만 마리가 들어 있었어요. 전세계 바닷물의 부피를 생각하면 지구상에 정말 어마어마한 플랑크톤이 있는 셈이에요!

그물과 펌프, 탱크를 이용해 플랑크톤을 찾는다

눈에 보이지 않을 정도로 작은 플랑크톤을 찾기 위해서는 섬세한 도구가 필요해요. 특히 바다 생물을 잡을 때 유용하게 쓰이는 도구, 그물(네트)이 꼭 필요해요. 이 그물은 평소 알고 있는 구멍이 숭숭 뚫려있는 게 아닌, 그물눈이 아주 촘촘한 형태랍니다.

과학자들은 자신이 주로 연구하는 분야에 따라 조사할 플랑크톤 크기를 결정해요. 몸길이가 1~2mm인 요각류를 연구하는 학자라면 1~2mm보다 그물눈이 작은 그물을 써서 바닷물을 거르는 거예요.

타라에는 크기가 5~690μm 사이인 플랑크톤을 거를 수 있는 7종류의 그물이 있어요. 그물을 줄에 길게 매달아 1000m 깊이에 있는 플랑크톤도 채집할 수 있지요. *CTD라는 심해 조사 장비를 이용하면 2000m 깊이에 있는 물을 직접 뜰 수도 있고, 필터를 이용해 플랑크톤만 남도록 거를 수도 있지요. 과학자들은 이렇게 모은 플랑크톤의 종류를 분류하고, 또 몇 마리씩 있는지 수도 센답니다.

✽CTD : 길쭉한 탱크를 여러 개 연결해 깊은 바다까지 내릴 수 있는 장비. 탱크에 바닷물을 담아 끌어올릴 수 있으며 탱크마다 온도, 압력 등을 감지하는 센서를 달아 깊은 곳에 있는 바닷물의 상태를 알 수 있다.

5년에 걸친 타라의 항해에서 과학자들은 4000만 개가 넘는 플랑크톤의 유전 정보를 얻을 수 있었어요. 그리고 이를 바탕으로 플랑크톤이 서로 다른 15만 가지 이상의 유전자를 갖고 있다는 것을 알아냈지요. 이는 아주 작은 생물이라고만 생각한 플랑크톤이 매우 다양한 모습과 생활 양식을 갖고 살아가고 있다는 것을 말해 준답니다.


탄생, 해양 생물은 플랑크톤으로 태어난다

전세계 바다 어디를 가도 플랑크톤은 항상 있었어. 생물이 잘 살지 못하는 남극 바다에서도 플랑크톤이 발견됐지. 1000m가 넘는 깊은 바닷 속에서도 플랑크톤은 엄연히 살아 있었어! 대체 이런 플랑크톤은 다 어디서 온 것일까?


어른과 아이의 모습이 다른 해양 생물

<;어린이과학동아>; 친구들은 새끼 꽃게를 본 적 있나요? 봄철 알이 가득찬 꽃게를 먹을 때 알을 볼 수 있지만, 알과 비슷한 크기의 새끼 꽃게를 본적은 거의 없을 거예요. 오징어나 조개, 새우도 마찬가지고요.

이들의 어린 시절을 볼 수 없는 이유는 어릴 때 성체와 전혀 다른 모습을 하고 있기 때문이에요. 동물 플랑크톤 중에는 우리가 쉽게 접할 수 있는 해양 생물의 유생(성체가 되기 전 단계)이 섞여 있어요. 알에서 깬 애벌레가 번데기를 거쳐 나비로 변신하듯, 동물 플랑크톤도 알에서 깨어난 뒤 매번 새로운 모습을 거쳐 우리가 알고 있는 오징어나 게의 모습이 되지요.

알에서 깨어난 각종 해양 생물의 유생은 크기가 아주 작아요. 예를 들어 다 크면 몸길이가 20cm가 되는 보리새우가 한 번에 낳는 알은 30만~50만 개예요. 작은 몸에 10만 개가 넘는 알을 담기 위해선 알의 크기가 매우 작아야 하고, 당연히 알에서 갓 깨어난 새우의 유생도 매우 작지요. 0.3mm에 불과한 이들이 할 수 있는 것은 오로지 물살에 따라 흔들리면서 주변에 있는 자신보다 더 작은 플랑크톤을 잡아먹는 것뿐이에요.

알을 낳는 동물만 플랑크톤 단계를 거칠까요? 식물에 속하는 해조류도 씨앗에 해당하는 포자를 물살에 흘려보내요. 그럼 포자가 싹을 틔우고, 자라기 좋은 곳에 정착하지요. 즉 동물이든 식물이든 거의 모든 해양 생물들은 플랑크톤에서 시작한답니다.
 
순환, 먹이사슬의 시작과 끝

크기도, 모양도 다양한 플랑크톤! 5년 동안 계속 만나면서 난 정말 플랑크톤에 반했지 뭐야! 게다가 플랑크톤은 다른 해양 생물과도 아주 긴밀한 관계를 맺고 있어. 플랑크톤이 없어진다면 해양 생물은 모두 사라져 버릴지도 몰라!


해양 생물의 시작은 플랑크톤에서부터

지구에서 살아가는 생물들은 서로 먹고 먹히는 관계에 있어요. 생산자인 식물과 소비자인 동물이 있지요. 바다에서도 마찬가지예요. 해양 생물은 현재 약 22만 종이 알려졌지만, 생물 계보를 조사한 결과 약 220만 종이 있을 것으로 추정되고 있어요. 이렇게 많은 종이 생산자와 소비자, 분해자로 서로 얽히면서 해양 생태계를 만들어요. 재미있는 것은 각 단계마다 플랑크톤이 아주 중요한 역할을 한다는 거예요.

해양 생태계의 시작은 플랑크톤 중에서도 가장 작은 식물 플랑크톤에서 시작돼요. 식물 플랑크톤은 지금까지 약 5000종이 알려져 있는데, 몸속에 엽록체가 있어 육상 식물과 마찬가지로 햇빛을 받아 물과 이산화탄소를 이용해 유기물을 만드는 생산자의 역할을 하지요. 식물 플랑크톤은 바닷물 1L에 100만 마리가 들어 있을 정도로 양이 어마어마해요. 대표적으로 규조류나 와편모조류가 있지요.

밤이 되면 물속 깊은 곳에 있던 동물 플랑크톤이 해수면 가까이로 올라와 식물 플랑크톤을 잡아먹어요. 낮에 햇빛이 잘 드는 해수면에 있다가는 자신보다 큰 다른 플랑크톤이나, 플랑크톤 단계를 벗어난 갑각류나 어류에게 잡아먹힐 수 있기 있기 때문이지요.

동물 플랑크톤이나 어류는 또 다른 대형 해양 동물에게 잡아먹히면서 먹이 사슬은 이어나가요. 그러다 수명이 다하면 죽게 되지요. 이 사체를 해결하는 데 플랑크톤은 또다시 중요한 역할을 해요.

한편 해양 생물이 죽으면 깊은 바다로 떨어져요. 심해에는 위에서 떨어져 내리는 사체만 전문적으로 처리하는 플랑크톤들이 있어요. 바로 화살벌레 종류나 해파리, 단세포 플랑크톤 등이지요. 이들은 ‘바다눈’이라고 불리는 사체 퇴적물들 사이를 돌아다니며 사체가 빠르게 분해 되도록 도와 준답니다.
 
양면성, 바다 지배자의 두 얼굴

크고 작은 플랑크톤이 해양 생물의 삶을 든든히 떠받치고 있다니 정말 놀라워! 하지만 그뿐만이 아니야. 지구의 중요한 산소 공급원이 됐다가도, 때로는 해양 생물의 목숨을 위협하는 무시무시한 두 얼굴을 가지고 있단다.


(+) 지구의 산소를 책임지는 플랑크톤

남아메리카에 있는 아마존 열대우림은 울창하게 우거진 숲 덕분에 ‘지구의 허파’라는 별명을 갖고 있어요. 열대우림의 식물들이 광합성을 하면서 공기 중의 이산화탄소를 계속 빨아들이고 대신 산소를 내뿜고 있기 때문이에요. 과학자들은 지구 전체 산소의 약 28%를 아마존을 비롯한 열대우림이 책임지고 있다고 이야기해요. 그 때문에 아마존 열대우림이 줄어드는 것을 경계하고, 상태를 계속 확인하고 있지요.

그런데 바다에는 아마존보다 더 큰 산소 공급원이 있어요. 바로 육지보다 두 배 이상 넓은 바다에서, 해수면부터 햇빛이 투과되는 약 200m 깊이까지 어디서나 볼 수 있는 식물 플랑크톤 말이에요. 식물 플랑크톤은 광합성을 통해 지구에 산소를 공급하고, 대기 중 이산화탄소를 유기물로 바꾸고 있어요. 과학자들은 식물 플랑크톤이 책임지는 산소의 양이 최소 50%라고 이야기해요. 심지어 이 양은 지금까지 알려진 식물 플랑크톤 종으로만 계산한 수치예요. 아직 밝혀지지 않는 종을 포함한다면 70%가 넘을 수도 있답니다.

그러나 안타깝게도 식물 플랑크톤 수는 점점 줄고 있어요. 2010년 캐나다 댈하우지대 연구팀은 식물 플랑크톤이 1950년부터 매년 1%씩 줄어, 1950년과 비교했을 때 무려 40%나 감소했다고 발표했어요. 식물 플랑크톤이 줄어드는 이유는 아직 정확하게 밝혀지지 않았어요. 다만 바닷물의 온도가 변했기 때문이라고 추측하고 있어요. 온도에 민감한 식물 플랑크톤이 변화를 견디지 못하고 죽어버린다는 거예요. 과학자들은 이대로 계속 식물 플랑크톤이 줄어들면 광합성양이 부족해지면서 대기 중 이산화탄소가 늘어나 지구 온난화가 점점 가속될지도 모른다고 걱정하고 있어요.

(-) 독으로 변하는 플랑크톤 블룸

플랑크톤은 환경에 민감하면서도 반대로 환경만 맞으면 매우 빠른 속도로 불어나요. 빠를 때는 하루에 3번이나 증식해 하루만에 그 수가 8배로 늘어나기도 해요. 즉, 식물 플랑크톤 1개체가 열흘만 지나면 수억 개체가 되는 거예요. 이렇게 플랑크톤이 빠른 속도로 분열해 갑자기 늘어나는 것을 ‘플랑크톤 블룸’ 이라고 해요. 주로 겨울이 지나고 봄이 올 때, 물살이 강하지 않고 고여 있는 곳에서 많이 일어나지요. 플랑크톤 블룸이 일어나면 이 플랑크톤을 먹이로 삼는 다양한 해양 생물이 모여들어요.

그러나 플랑크톤 블룸이 지나치게 많이 일어나면 오히려 해양 생물이 떼죽음을 당하는 일이 발생해요. 최근에도 뉴스에 많이 나오는 적조나 녹조 현상이 지나친 플랑크톤 블룸으로 일어나는 대표적인 현상이지요.

적조는 붉은색을 띄는 플랑크톤인 적조류가 원인이에요. 적조류는 동물 플랑크톤이나 어류가 매우 좋아하는 먹이에요. 적당한 양이 있을 경우 해양생물이 모여들면서 이상적인 해양생태계가 만들어지지요. 그러나 양이 많아지면 적조가 물고기의 아가미에 달라붙어요. 물고기는 물을 마신 뒤 아가미를 이용해 산소를 흡수하고 물을 걸러내는데, 이 아가미에 끈적끈적한 적조류가 달라붙으면서 숨을 못 쉬게 돼요. 결국 질식해서 죽게 되지요.

반면 녹조는 푸른색을 띄는 남조류가 갑자기 빠르게 늘어나면서 만들어져요. 바다보다는 주로 강이나 호수 같은 민물에서 일어나지요. 남조류는 광합성으로 영양분을 얻어 증식하는 과정에서 ‘마이크로시스틴’이라는 독소 물질을 분비해요. 이 물질을 흡수한 물고기는 기형이 되거나, 심한 경우 죽을 수도 있어요.


에너지, 석유와 바이오디젤 만든다

지금까지 알아본 것만으로도 플랑크톤을 바다의 지배자라고 부르기에 충분한 것 같아. 그런데 놀라지 마. 플랑크톤이 우리 삶에 꼭 필요한 자원까지 되고 있단다.

플랑크톤이 인류에게 남긴 선물

오늘날 석유가 없는 세상은 상상하기도 어려워요. 전기를 만들거나, 자동차를 운전할 때 석유가 사용되는 것은 당연해요. 게다가 플라스틱이나 비닐도 원유를 가공해서 만드는 석유 화학 제품이랍니다.

석유는 주로 중생대에 동물의 사체가 변해서 만들어졌다고 알려져 있어요. 그렇다면 대체 이 동물의 정체가 무엇이었을까요? 중생대의 대표 동물 공룡이었을까요? 하지만 중생대에 살던 공룡만으로는 지금 쓰는 것처럼 어마어마한 양의 석유를 만들어 낼 수 없어요.

그래서 과학자들은 석유를 만들어낸 주요 동물로 플랑크톤을 꼽고 있어요. 동물 플랑크톤이 대량으로 번식할 수 있었던 환경을 가진 바다나 호수에서 플랑크톤이 죽은 뒤 변해서 석유가 만들어졌다는 거지요. 플랑크톤의 골격을 이루는 단백질이나 셀룰로오스는 비교적 물에서 분해가 잘 되기 때문에 사라지고, 물에 녹지 않는 유지(기름)만이 남아 열과 압력을 받아 석유가 됐다는 거예요.

실제로 석유가 발견되는 근처에서는 동물 플랑크톤 중에서도 양이 많기로 유명한 유공충 화석이 많이 발견돼, 이런 주장에 힘이 실리고 있답니다.
 
미래 에너지원, 플랑크톤이 책임진다

석유가 플랑크톤에서 만들어졌다는 것은 또다른 가능성을 열어 주고 있어요. 바로 플랑크톤을 이용해 과학으로 연료를 만드는 거지요. 이렇게 만드는 연료를 ‘바이오디젤’이라고 해요. 지금까지는 보통 사탕수수나 밀, 옥수수 같은 곡물에 있는 기름 성분을 모아 만들었지요. 하지만 적은 양의 바이오디젤을 추출하기 위해 어마어마하게 많은 곡물을 써야 했고, 이런 곡물을 재배할 토지가 지나치게 많이 필요했어요. 당연히 가격이 비쌌지요.

그래서 식물 플랑크톤을 이용한 바이오디젤이 주목받고 있어요. 식물 플랑크톤은 광합성으로 만든 유기물을 액체로 만들어 내부 기관인 ‘액포’에 보관해요. 이 액체가 바로 바이오디젤의 원료 물질이에요. 식물 플랑크톤을 대량으로 증식한 뒤, 액포 속 액체만 모으면 연료로 사용할 수 있지요. 보통은 액포가 큰 보트류코크스(Botryococcus)나 클로렐라(Chlorella )같은 미세조류를 이용해요. 하지만 이들은 증식 속도가 느리거나, 양분을 공급해야만 증식을 잘한다는 단점이 있었어요.

인하대 이철균 교수팀은 이런 단점이 없는 새로운 식물 플랑크톤으로 만든 바이오디젤을 개발했어요. 그리고 이를 이용해 지난 5월 서울에서 부산까지 자동차를 운행하는 데 성공했어요.

이 교수팀이 이용한 식물 플랑크톤은 테트라셀미스(Tetraselmis)로, 우리나라 바다에서 많이 볼 수 있어요. 특별한 양분을 공급하지 않아도 빠른 속도로 증식하는 특징이 있지요. 충분한 해양 배양장이 있다면 얼마든지 바이오디젤을 저렴하게 만들 수 있는 거예요. 지금은 바이오디젤이 일반 경유에 비해 1.5~2배 비싸지만, 플랑크톤을 이용한다면 곧 일반 경유와 가격과 비슷해질 거예요.


# 어때? 알고 보니 플랑크톤은 인간의 삶까지 좌우하고 있는 대단한 생물이지? 내 5년의 항해 덕분에 플랑크톤에 대해 알릴 수 있게 되서 정말 기뻐. ‘타라’의 여행은 끝났지만, 또 다른 탐험선이 계속 플랑크톤을 찾으러 갈 거야. 그 배에는 <;어린이과학동아>; 친구들도 타지 않을래? 친구들이라면 분명 더 멋진 플랑크톤을 찾을 수 있을 거야~.