· 오션은 해양쓰레기에 관한 연구성과물, 교육홍보물 등 많은 자료를 제작하여 보급하고 있습니다.
· 아래의 자료는 반드시 출처를 밝히고 사용하시기 바랍니다.
  • 제304회 세미나: EPS 부표쓰레기에서 서식하는 갯지렁이에 의한 미세플라스틱 형성

  • 18.09.18
    조회수 61
첨부파일

EPS 부표쓰레기(Expanded polystyrene marine debris)에서 서식하는 갯지렁이(Marphysa sanguinea)에 의한 미세플라스틱 형성

 

 

박신영

(사)동아시아 바다공동체오션 연구원

psy92korea@gmail.com

 

2018년 9월 11일, 오션의 제304회 정기 세미나에서는 'EPS 부표쓰레기에서 서식하는 갯지렁이에 의한 미세플라스틱 형성'에 대한 논문을 다뤘다.

 

<원문>

Mi Jang, Won Joon Shim, Gi Myung Han, Young Kyoung Song, Sang Hee Hong. 2018. Formation of microplastics by polychaetes (Marphysa sanguinea) inhabiting expanded polystyrene marine debris. Marine Pollution Bulletin. 131, 365-369.

 

<요약문 번역>

큰 플라스틱 쓰레기가 작은 입자로 파편화되는 것은 해양환경 내 미세플라스틱 농도를 증가시킨다. 플라스틱 쓰레기 파편화 과정에서 생물적 요인의 영향은 잘 알려져 있지 않다. 본 연구는 쓰레기에서 사는 갯지렁이류(Marphysa sanguinea)에 의한 발포폴리스티렌(EPS) 쓰레기의 파편화를 조사했다. 많은 EPS 입자(131±131 개/개체, 0.2~3.8 mm)가 EPS 쓰레기에 굴을 파며 살고 있는 갯지렁이류의 소화기관에서 발견되었다. 갯지렁이류에 의한 미세플라스틱 형성을 확인하고, 형성된 미세플라스틱의 양과 형태를 조사하기 위해서, 갯지렁이류를 필터된 해수와 EPS에 노출시켰다. 갯지렁이류는 EPS 조각을 파고들어갔으며, 수많은 EPS 미세플라스틱 입자를 만들어냈다. 이는 하나의 갯지렁이류가 연간 수십만의 미세플라스틱을 생성할 수 있다는 것을 보여준다. 이 결과는 해양생물이 해양환경에서 미세플라스틱 생산자의 잠재적인 역할을 한다는 것을 보여준다.

 

<주요 내용>

1. 서론
5mm보다 작은 플라스틱 입자로 일반적으로 정의되는 미세플라스틱은 전 세계 해양에 편재되어있다(Sul and Costa, 2014, Shim and Thomposon, 2015, GESAMP, 2016). 미세플라스틱은 그 기원에 따라 1차 또는 2차 미세플라스틱으로 분류될 수 있다. 1차 미세플라스틱은 스크럽제(scrubber), 상업용 클리닝 연마재, 플라스틱 펠렛과 같은 원료로부터 직접 생산되는 반면(Gregory, 1996; Fendall and Sewell, 2009), 2차 미세플라스틱은 환경적인 풍화 과정을 통해 큰 플라스틱 파편이 파손되어 파생된다(Arthur et al., 2009). 해양 환경에서 대부분의 미세플라스틱은 2차 미세플라스틱이다(Andrady, 2015; Hidalgo-Ruz et al., 2012). 따라서 환경에서 플라스틱 파편의 풍화 작용과 분열 과정을 이해하는 것이 중요하다. 플라스틱 조각 파편은 비생물적 및 생물적 요인의 영향을 받을 수 있다. 비생물적 요인들 중에서 자연적 태양 복사열, 온도, 기계적 마모(예 : 파도와 바람)는 해양 환경에서 미세플라스틱 생성의 주요 원인으로 간주된다(Andrady et al., 1993; Ter Halle et al., 2016; Lambert and Wagner, 2016; Song et al., 2017). 생물학적 요인 또한 플라스틱 파편 파편화에서 중요하다고 생각된다(Rummel et al., 2017). 해양 환경에서 플라스틱 파편의 생성 과정을 더 잘 이해하려면 플라스틱 파편에 서식하는 유기체에 대한 이해가 필요하다.

 
스티로폼으로 일반적으로 알려진 발포폴리스티렌은 저비용, 내구성, 경량으로 인해 일회용 제품에서 건축 자재에 이르기까지 일상생활에서 사용되는 다양한 제품에 존재하는 고분자 소재이다. 밀도가 일반적으로 낮지만(50kg/m3 미만), 2011년 EPS 응용 프로그램에 따르면 전 세계적으로 580만 톤이 소비되었다(www.kunststoffe-international.com, 문서 번호: PE110869). EPS의 유비쿼터스한 사용으로 인해 해양 환경오염이 발생하고 있다. EPS 파편에는 첨가제 HBCD(난연제)와 스티렌 중합체와 같은 유해 성분이 포함되어있어(Amirshaghaghi et al., 2011; Rani et al., 2014; Jang et al., 2017), 해양 환경에서 위험한 화학 물질의 원인이 될 수 있다(Al-Odaini et al., 2015; Jang et al., 2016). 쓰레기가 미세플라스틱으로 파편화되면 유기체의 미세플라스틱 섭취 증가와 화학 성분이 주변 수생 환경으로 침투를 유발할 수 있다.

 
이 연구에서 우리는 한국의 해안에서 모아진 EPS 부표 잔해에 서식하는 유기체를 관찰했다(그림 S1). 갯지렁이류(Marphysa sanguinea)는 벽 안쪽에 수많은 작은 EPS 입자가 있는 EPS 파편 내부 깊숙이에서 발견되었다. 대변 분석을 통해 갯지렁이류에 의한 미세플라스틱 섭취가 확인되었다. 또한, 우리는 실험실 조건에서 갯지렁이류의 미세플라스틱 형성을 조사하고, 생성된 미세플라스틱의 양과 형태를 분석했다.
 

2. 재료 및 방법
2.1. 현장 관찰

2014년 8-12월에 수집한 EPS 부표를 조심스레 분해하여, 갯지렁이류를 채취했다. 갯지렁이류의 배설물 샘플 분석을 통해 갯지렁이가 형성한 미세플라스틱 개수를 확인했다.

 

2.2. 실험실 관찰
EPS 쓰레기에서 채취한 갯지렁이류 중에서 하나의 성체(무게: 5.1g, 길이: 16cm)와 하나의 유체(무게: 0.92g, 길이: 9cm)를 선택했고, 여과한 해수(2L)가 채워진 비커(5L)에 각각 나누어 담아 EPS 블록(1,000㎤ 이상)과 함께 10일 동안 먹이 없이 놔두었다. 그 후 갯지렁이가 형성한 미세플라스틱 개수를 확인했다.

 

3. 결과 및 토론
3.1. 현장 관찰: 갯지렁이류의 미세플라스틱 섭취

한국 바다에서 수집된 EPS 부표에는 해조류, 멍게, 등각류, 소형 어류 등 많은 종류의 생물체가 발견되었다. M. sanguinea, Halosydna brevisetosa, Arabella iricolor, Perinereis aibuhitensis와 같은 여러 종류의 갯지렁이류가 발견되었다. H. brevisetosa, P. aibuhitensis, A. iricolor는 EPS 부표 표면에서 발견되었지만, M. sanguinea는 부표 안에서 발견되었기 때문에 우리는 이 갯지렁이가 EPS를 분쇄 할 수 있는 능력을 가지고 있다고 의심했다. M. sanguinea는 최대 길이 약 400mm까지 자랄 수 있으며 주로 해양 퇴적물이나 암석의 굴착에 주로 서식한다(Prevedelli et al., 2007). 이 연구는 해양쓰레기에 서식하는 생물체의 첫번째 관찰이다. 외부 수정시 성체 갯지렁이류(polychaetes)의 구멍에서 유출된 원생 유충이 EPS 파편 표면과 접촉하여 갯지렁이류가 쓰레기에서 살아갈 수 있게 된다.

 
모든 배설물 샘플에서 5mm 미만의 EPS 입자가 확인되었다. 총 10마리의 갯지렁이 배설물에서 EPS 입자의 평균 농도는 131±131 입자/개체, 24±15 입자/g이었다. EPS 입자의 평균 무게와 크기(가장 긴 축)는 각각 2.2±3.7 mg, 1.14±0.72 mm이었다. 본 연구의 EPS 미세플라스틱 농도는 프랑스-벨기에-네덜란드 해안선에서 채취한 갯지렁이(Arenicola marina)에서의 결과보다 80배 더 높았고(0.3±0.6 입자/g; van Cauwenberghe et al., 2015), 영국 강에서 채취한 담수 실지렁이(Tubifex)의 결과보다 160배 더 높았다(0.8±1.01 입자/개체, Hurley et al., 2017). 이는 해양쓰레기에서 서식하는 M. sanguinea가 자연적으로 서식하고 있는 개체보다 높은 수준의 미세플라스틱에 노출되어 있음을 나타낸다. 생물체의 플라스틱 축적은 장폐색이나 위궤양과 같은 신체적 영향을 일으킬 수 있으며(Carpenter et al., 1972), 성장의 감소와 2차 감염으로 이어진다(Ryan, 1988). 또한, 섭취된 미세플라스틱은 유해한 화학물질을 유기체로 옮김으로써 부작용을 일으킬 수 있다(Teuten et al., 2007). 예를 들어, Browne et al. (2013)은 미세플라스틱에서 갯지렁이(A. marina)로 화학물질을 옮기는 것이 먹이활동 및 식세포작용과 같은 생리적 기능을 감소시키는 것을 발견했다. 해양쓰레기에 서식하는 유기체는 다량의 미세플라스틱을 섭취해서 플라스틱 기질과 지속적으로 접촉하기 때문에, 그 유기체의 물리적, 화학적 영향 연구가 필요하다.

 
갯지렁이 개체의 무게에 따라 섭취한 EPS 입자의 수와 무게에는 유의한 관계가 있었다(R2>0.6, p<0.05). 특히 분변 시료에서 EPS 입자의 평균 크기는 갯지렁이류의 체중과 유의한 관계가 있었다(R2=0.74, p<0.01).

 

3.2. 실험실 관찰: 갯지렁이류의 미세플라스틱 형성
갯지렁이류에 의한 미세플라스틱의 형성을 확인하기 위해 실험실 조건에서 성체와 유체 갯지렁이를 EPS 블록에 10일 동안 노출시켰다. 첫 3일 동안은 굴착 활동이 관찰되지 않았으나 그 후에 EPS 블록에 구멍을 내는 것이 관찰되었다. 성체와 유체 갯지렁이는 각각 11,200개와 2,740개의 EPS 입자를 7일 동안 생성했다. 성체 갯지렁이(1600입자/일)는 유체 갯지렁이(390입자/일)에 비해 4배 많은 EPS 입자를 생성했다. 실험실에서 갯지렁이에 의해 생성된 EPS 입자의 크기 분포(<1mm=58%, 1-2mm=31%, 2-5mm=11%)는 현장에서 EPS부표에 살고 있는 갯지렁이 분변 내 EPS 입자의 크기 분포(<1mm= 49%, 1-2mm=37%, 2-5mm=14%)와 유사했다. 생성된 EPS의 최대 입자 크기(성체: 5mm, 유체: 3mm)는 갯지렁이의 입 크기(성체: 4.5mm, 유체: 3mm)와 일치했다. 갯지렁이는 두 개의 강하고 검은색 치아를 사용하여 EPS를 파낼 가능성이 높다. 7.5개의 개체군이 하나의 EPS 부표에 거주한다고 가정하면, EPS 부표 하나당 갯지렁이에 의해 생성되는 EPS 입자는 1년에 수백만 개가 될 것이다. 유사하게, Sphaeroma quoianum을 이용한 실험실 실험은 등각류가 EPS 부표에 구멍을 뚫을 때 수백만 개의 EPS 조각(크기: 462.6±29.2 μm)을 생성 할 수 있다고 언급했다(Davidson, 2012). 환경내 플라스틱 풍화와 파편화는 태양복사와 파동작용을 통해 광분해(예: 광산화, 광촉매 산화 분해)와 물리적 마모가 발생하는 해변에서 주로 발생한다고 알려져 왔다(Barnes et al., 2009; Song et al., 2017). 그러나 대부분의 해양 생물이 사는 해양의 중앙은 상대적으로 낮은 온도, 햇빛 노출, 산소 이용 가능성으로 인하여 광분해 속도가 낮기 때문에 파편화에 최적 조건을 가지지 않는다(Andrady, 2011). EPS 펠렛을 사용한 이전의 가속 풍화 실험(Song et al., 2017)은 12개월 UV노출 후 ㎛크기의 미세 입자와 1μm 미만의 EPS 펠릿에 표면과 내부 균열이 발견되었다. 이 연구의 결과는 바다에 떠다니는 플라스틱에 서식하는 해양생물의 생물학적 활동이 해양 플라스틱 파편의 분해를 가속화 할 수 있고, 비생물학적 과정에 따른 미세플라스틱 생성에도 기여할 수 있음을 시사한다. 비생물학적과 생물학적 과정에 의한 2차 미세플라스틱 생성의 상대적 기여도는 많이 알려지지 않았고 지금까지 해양의 풍화작용과 파편화에 대한 우리의 지식은 매우 제한적이다. 해양 환경에서 플라스틱과 미세플라스틱의 운명과 영향을 이해하려면 이 문제에 대한 추가 연구가 필요하다.

 
EPS 해양쓰레기는 전 세계 여러 지역에서 널리 퍼져 있다. 작은 해양생물(예: 갯지렁이)에 의해 생성된 EPS 미세플라스틱은 박테리아와 첨가제 화학 물질과 같은 오염물질을 멀리 떨어져있는 오염되지 않은 지역으로 이동시킬 수 있다(Kesy et al., 2016; Jang et al., 2017). 이는 작은 크기와 가벼운 무게로 인해 바다 표면에 쉽게 퍼지기 때문이다. 또한 갯지렁이가 생산하는 EPS 입자의 크기는 등각류, 담륜충, 식물성 플랑크톤과 같은 플랑크톤의 크기와 유사하다. 따라서, 먹이로 오인될 수 있다. EPS 입자는 비생물학적과 생물학적 파편화 과정을 통해 생성될 수 있는데, 굴착 활동을 하는 갯지렁이는 입자의 생성에 기여할 수 있다. 다시 말해 갯지렁이는 미세플라스틱을 다른 생물에게 옮기는 매개체 역할을 할 수 있다. 85개 분류군의 거대 유기체가 해양쓰레기를 서식처로 이용한다고 보고되고 있는데, 이는 플라스틱 오염의 지속적인 증가로 더 증가할 것이다(CBD Technical Series No. 67, 2012). 따라서 해양쓰레기에 서식하는 생물체로 인한 미세플라스틱 생성은 더 깊이 연구되어야 한다.

  목 록