BSPN68110-12318-3
대기에 노출된 어류의 호흡생리
Respiration Physiology of the Fish Exposed to the Air
2019. 11. 20
연구기관
한국해양과학기술원
이공학개인기초연구지원사업 최종(결과)보고서
양식A101
① 부처사업명(대) 기초연구사업 보안등급(보안, 일반) 일반
② 사 업 명(중) 이공학개인기초연구지원사업 공개가능여부(공개, 비공개) 공개
③ 세부사업명(소) 기본연구
④ 과제성격(기초, 응용, 개발) 기초 ④-1 실용화 대상여부(실용화, 비실용화) 비실용화
⑤ 과 제 명 국 문 대기에 노출된 어류의 호흡 생리
영 문 Respiration Physiology of the Fish Exposed to the Air
⑥ 주관연구기관 한국해양과학기술원
⑦ 협동연구기관
⑧ 주관연구책임자 성 명 김 성 직급(직위) 책임연구원
소속부서 해양생태연구센터 전 공 해양생물학
⑨ 연구개발비 및 참여연구원수 (단위: 천원, M․Y) 년 도 정부출연금(A)
기업체부담금 정부외
출연금 (B)
상대국 부담금 (F)
합계 G=(A+B+E)
참여 현금 연구원수
(C)
현물 (D)
소계 E=(C+D)
1차년도 50000 0 50,000 4
2차년도 50000 0 50,000 2
3차년도 50000 0 50,000 2
4차년도 0 0
5차년도 0 0
합계 150,000 0 0 0 0 0 150,000 8
⑩ 총연구기간 2016. 11. 01 ~ 2019. 10. 31 (36개월)
⑪ 다년도협약연구기간 기재하지 않음
⑫ 당해연도연구기간 2018. 11. 01 ~ 2019. 10. 31 (12개월)
⑬ 참여기업 중소기업수 대기업수 기타 계
0
⑭ 국제공동연구 상대국연구기관수 상대국연구개발비 상대국연구책임자수
관계 규정과 모든 지시사항을 준수하면서 국가연구개발사업에 따라 수행 중인 연구개발과제의 최종보 고서를 붙임과 같이 제출 합니다.
2019년 11월 20일
주관연구책임자 : 김 성 주관연구기관장 : 김 웅 서
※ 전자접수이므로 주관연구책임자 및 주관연구기관장 서명(인, 직인)은 생략
〈 연구결과 요약문 〉
양식A202
연구개요
1. 수중 서식 어류가 수 시간 대기에 노출되어도 생존이 가능한 이유 규명을 위해 해양동물의 수중과 대기 호흡률 측정 방법 개발
2. 이를 위해 간헐적 개방이 가능한 폐쇄 공간에 수중과 대기 두 환경을 만든 후 실험동물의 양측 호흡률을 산소와 이산화탄소 지표로 측정
3. 호흡률 측정용 폐쇄 공간에서 해수와 공기의 기체 분압은 해수-공기의 연속으로 접촉으로 기체 분압 평형 상태
4. 호흡률을 측정하는 동안 해수와 공기의 산소포화도는 실험 초기의 97% 이상 5. 대기 노출 반복 실험에 따른 실험동물 어류의 희생을 방지하기 위해 수중과 대기
양측에 서식하는 조간대 해양동물 수동방게로 변경
연구 목표대비 연구결과
1. 수중과 대기 양측 호흡률 측정 장치 OCAR(open and closed air-sea gas equilibrium respirometer)로 실험동물의 호흡률을 수중과 대기 양측에서 연속 측정
- 호흡률 지표 산소와 이산화탄소 분압을 수중과 대기 양측에서 각각 2회 연속 측 정
- 호흡률 측정 시간은 6 – 24시간/1회; 측정 주기는 1회/초
2. 이산화탄소 호흡률 지표 기준 수동방게의 대기 호흡률은 수중환경의 약 4배 - 실험동물의 수중 호흡시 수중 이산화탄소 분압 증가율 8.20±1.94 umol/hour - 실험동물의 대기 호흡시 대기 이산화탄소 분압 증가율 32.37±5.45 umol/hour 3. 호흡률 측정 폐쇄 공간의 산소포화도는 실험 초기 조건의 97% 이상 유지
연구개발결과의 중요성
1. 실험동물의 수중과 대기 양측 호흡률을 이산화탄소 분압으로 직접 연속 측정 2. 폐쇄 상태의 호흡률 측정기 내 산소 환경은 자연과 유사함
3. 해양의 생물학적 탄소순환 연구에 필요한 이산화탄소 호흡률 지표 직접 측정 4. 생물학적 해양 탄소순환 및 호흡생리 연구 영역을 조하대에서 조간대로 확장
중심어
해양동물 대기 호흡률 조간대 해양동물 수동방게
해양동물 수중 호흡률 pCO2 pO2
해수-공기 기체평형
※ 표양식 변경 및 삭제불가능하며 이미지, 수식, 표의 삽입을 금지하고 특수문자 기호는 전각기호만을 이용하여 작성함
※ 본 요약문은 정보제공용으로 활용되므로 핵심적인 내용을 중심으로 이해하기 쉽도록 기재하고 한 장 이내로 작성함
〈 목 차 〉
1. 연구개발과제의 개요 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 3
2. 연구수행내용 및 연구결과 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 5
3. 연구개발결과의 중요성 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 7
4. 참고문헌 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8
5. 연구성과 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · 8
<별첨> 주관연구기관의 자체평가 의견서
1. 연구개발과제의 개요
■ 수중 환경 적응 어류가 대기에 장기간 노출되면 죽는다는 것은 일반 상식이다. 이러한 지식의 근간은 대부분의 어류가 호흡에 필요한 산소를 물에서만 얻어야 한다는 지식 때문일 것이다. 하지만 종에 따라 서는 물보다 대기의 풍부한 산소를 호흡에 적극적으로 이용하는 종도 있다(Ishimatsu et al., 1998;
Ishimatsu, 2012; Jew et al., 2013; Evolution: Kutschera and Elliott, 2013; Lefevre et al., 2014). 사실 어류가 호흡에 필요한 산소의 절대량은 해수나 담수(7-8㎎/l)보다 대기(298㎎/l)가 40배나 많다. 오히려 대기에 노출된 어류가 호흡 곤란으로 죽는 다는 것이 이상할 뿐이다.
■ 어류의 정확한 호흡생리를 연구하기 위해서는 호흡에 의한 산소의 감소율과 이산화탄소의 증가율을 동 시에 측정해야한다. 적극적으로 공기로 호흡이 가능한 짱뚱어류의 대기 노출 환경의 호흡생리 연구에서 는 호흡에 의해 감소한 산소 분압과 증가한 이산화탄소 분압을 동시에 측정 한다(Jew et al., 2013;
www.mudskipper.it, 2016). 하지만 수중 환경에 서식하는 어류에 대한 대부분의 호흡생리 연구는 용 존산소만 호흡생리 지표로 사용한다(Kim et al., 1997; Moran et al., 2014).
■ 수중 환경 적응 어류의 정확한 호흡 생리 규명을 위해서는 두 종류의 호흡률 지표 물속의 용존 산소와 함께 이산화탄소 분압도 동시에 측정을 해야 한다. 수중의 호흡생리 변화를 토대로 어류가 대기에 노출 되었을 때 이들의 사망 원인을 밝힐 수 있기 때문이다.
■ 이러한 가능성을 알아보기 위해 수중과 대기 양측의 호흡률을 연속으로 측정할 수 있는 실험방법을 고 안하였다. 호흡률 측정의 기본 원리는 간헐적 개방이 가능한 폐쇄 공간에서 해수와 공기를 연속 접촉시 켜 매질 간 기체 분압 평형을 만든 후 호흡률 지표 산소와 이산화탄소의 변화율을 두 매질에서 동시에 측정하는 것이다(그림 1).
해수 – 공기의 기체 평형 Air
Seawater Gas equilibrium
pO2 air 20.95%
(9,345 umol/L)
pCO2 air 350 ppm (16 umol/L)
D.O.
8 ㎎/L (250 umol/L)
pCO2 water 350 uatm (16 umol/L)
측 정
pO2 air pCO2 air
Temp.
Pressure
D.O.
pH Temp.
Salinity
pO2 air는 D.O.의 37배
그림 1. 해수(50%)와 공기(50%)의 연속 접촉에 의한 기체평형 환경에서 해양생물의 호흡률 지표를 연속으로 측정하는 OCAR의 개념도. 공기의 O2량은 수중의 약 37배, pCO2는 수중과 대기가 거의 동 일. 호흡률 지표로 pO2의 1/300에 불과한 pCO2를 이용하면 측정의 정밀도가 높아질 것으로 예상됨.
OCAR 실험환경의 O2 절대량은 해수 100% 환경의 약 20배.
■ 밀폐 공간에서 호흡으로 감소한 산소분압에 의한 호흡 스트레스를 배제하기 위해 호흡률 측정 환경의 산소포화도를 자연과 유사한 97% 이상을 유지시켜야 한다. 이를 실현하기 위해 해수만으로 가득한 전 통적인 호흡률 측정기에 공기를 주입하였다. 한편, 전통적인 수중생물의 호흡률 측정법에서 측정기 내 부에서 기포가 발생하거나 공기가 주입되는 것은 측정 오류를 일으키는 가장 큰 원인의 하나이다.
■ 그림 1의 개념을 실현하기 위해 모델 OCAR(open and closed air-sea gas equilibrium respirometer)를 고안하였다. OCAR(공기와 해수 양측 호흡률 측정)와 DO(용존산소) 호흡률 측정법(수 중의 호흡률 측정)에서 실험생물이 호흡하는 동안 O2와 CO2 변화를 모의하였다(그림 2).
◦ 실험생물(가상 호흡률, 2 mg O2/마리/h)의 호흡에 의한 실험환경의 용존산소 감소율은 DO 호흡률 측정법이 OCAR가 보다 매우 높음(그림 2)
‣ 용존산소(녹색선)의 포화농도 97% 이상 지속 시간은 약 3분
‣ 60분이면 사망에 이를 정도로 감소함(2.0 mg/L O2)
‣ pCO2(빨강선; *, OCAR의 조건과 유사할 것으로 추정)
◦ OCAR에서 측정 가능한 호흡률 지표의 종류가 DO 호흡률 측정법 보다 많음
‣ OCAR 측정시스템(해수, 50%; 공기, 50%): DO, pO2, pCO2, 온도, 염분 등을 측정
‣ DO 호흡률 측정법(해수, 100%): DO, 온도, 염분 등; pO2와 pCO2 직접 연속 측정 불가
◦ OCAR(해수, 50%; 공기, 50%)는 장기간 실험생물의 호흡에도 용존산소 농도 안정적으로 유지
‣ 용존산소는 60분 후에도 실험생물의 호흡이 가능한 농도를 유지함(7.85 mg/L O2)
‣ 이때 초기 용존산소의 포화도 98.1%를 유지(파랑선)
‣ 이와 같은 높은 용존산소는 해수-공기의 연속 접촉으로 공기의 풍부한 O2가 지속적으로 해수로 유입 하기 때문임
‣ 60분 후에도 OCAR 공기의 pO2는 실험초기 20.95% pO2에서 약 2% 감소한 20.55% pO2를 유지함
그림 2. OCAR의 실험환경(부피 1 L)에서 가상 실험생물(호흡률, 2 mg O2/마리/h )의 호흡에 의한 O2와 CO2 변화 모의. OCAR 환경에서 용존산소(파랑선), pCO2(빨강선), pO2(검정선) 변화. 전통 적 인 용존산소 호흡률 측정 환경에서 용존산소의 변화(녹색선). 해수의 pCO2 측정 불가(*, 해수의 pCO2는 OCAR와 유사할 것으로 추정됨).
■ 대기 반복 노출에 따른 실험동물 어류의 희생 방지를 위해 수중과 대기 양측에 서식하는 조간대 해양동 물 수동방게로 변경하였다.
2. 연구수행내용 및 연구결과
■ 해수-공기 기체평형 개념(그림 1)을 이용한 간헐적 개방이 가능한 폐쇄형 호흡률 측정 장치 OCAR(open and closed air-sea gas equilibrium respirometer)(그림 3)를 이용하여 해양동물의 호흡률 측정
■ OCAR 시제품을 이용한 해양동물(수동방게)의 수중과 대기 양측 호흡률 연속 측정
◦ 실험조건
‣ 호흡률 측정 용기의 크기와 매질: 부피, 2L; 해수(14.7 psu)와 공기 각각 50%
‣ 환수와 환기 주기: 20분 환기와 환수(공기 유속, 1,000 ml/min; 해수 유속, 400 ml/min) 후 1-24시 간 폐쇄 반복
‣ 실험동물: 수동방게 수컷 (습중량, 3.08g)
‣ 실험환경 온도: 24.0℃
◦ OCAR로 측정한 수중의 용존산소, 대기의 이산화탄소 분압
‣ 수동방게가 수중에서 호흡하는 동안 수중의 이산화탄소 분압(그림 4의 w1과 w2)과 대기 노출환경에서 호흡하는 동안 공기의 이산화탄소 분압(그림 4의 a1-3) 변화
‣ 호흡률을 측정하는 동안 수중의 용존산소 포화도는 초기의 97% 이상(그림 4하)
■ 대기 환경에서 수동방게의 호흡에 따른 이산화탄소 분압의 증가율은 수중 환경의 약 4배(표 1) ◦ 실험동물의 수중 호흡시 수중 이산화탄소 분압 증가율 8.20±1.94 umol/hour (그림 4의 w1과 w2)
◦ 실험동물의 대기 호흡시 대기 이산화탄소 분압 증가율 32.37±5.45 umol/hour (그림 4의 a2와 a3) ※ a1 구간은 20분 환수와 환기 후 60분간 폐쇄 10회 반복 측정 결과이지만 측정결과의 불안정이 높아
분석에서 제외
20 L HS, 1 L
SW, 1 L
WP Tem Mix
AP DH pCO2
A WF
pH
HPA S
AP
pO2
Timer
200 ml/L air
1000 ml/L air
500 ml/L water
1000 ml/L air1000 ml/L air
S
Air & water
DO T
Timer
PR
그림 3. OCAR 개념(그림 1)에 따라 설계한 OCAR 모식도(왼쪽)와 시제품(오른쪽). AP, air pump;
DH, dehumidifier; pO2, galvanic sensor; pCO2, Nondispersive infrared sensor; HS, head space;
SW, seawater; WF, water filter; WP, water pump; DO, optode sensor; pH, pH meter; Tem, thermometer sensor; Mix, air-seawater mixing pipe; S, solenoid valve; HAP; high pressure air;
PR, pressure regulator.
표 1. OCAR에서 측정한 수동방게의 수중과 대기 pCO2 호흡률 지표 기울기 비교
실험 실험조건
해수 대기
실험1 6.821(w1) 36.212(a2) 실험2 9.569(w2) 28.497(a3) 평균 8.195±1.943 32.355±5.455
그림 4. OCAR(그림 3)로 수중과 대기 양측에서 연속으로 측정한 조간대 해양동물 수동방게의 CO2
호흡률과 수중환경의 용존산소(DO) 변화. w1, w2, 수중의 pCO2 호흡률 지표 변화; a1, a2, a3, 대 기 노출 환경의 pCO2 호흡률 지표 변화. w1과 w2의 pCO2 호흡률 지표는 해수와 공기의 기체 평 형상태에서 공기의 pCO2를 해수의 pCO2로 변환한 값.
3. 연구개발결과의 중요성
■ 실험동물의 수중과 대기 양측 호흡률을 이산화탄소 분압으로 직접 연속 측정
■ 폐쇄상태의 호흡률 측정기 내 산소 환경(수중과 대기 양측의 산소 초기 농도의 97% 이상)은 자연과 유 사함
■ 해양의 생물학적 탄소순환 연구의 핵심 호흡률 지표 이산화탄소 분압 직접 측정
■ 생물학적 해양 탄소순환 및 호흡생리 연구 영역을 조하대에서 조간대로 확장
4. 참고문헌
Ishimatsu A, (2012). Evolution of the cardiorespiratory system in air-breathing fishes.
Aqua-BioScience Monographs, 5(1): 1–28.
Ishimatsu A, Hishida Y, Takita T, Kanda T, Oikawa S, Takeda T, Huat KK, (1998). Mudskippers store air in their burrows. Nature, 391: 237-238.
Jew CJ, Wegner NC, Yanagitsuru Y, Tresguerres M, Graham JB, (2013). Atmospheric oxygen levels affect mudskipper terrestrial performance: Implications for early tetrapods. Integrative and Comparative Biology, 53(2): 248–257.
Kutschera U, Elliott JM, (2013). Do mudskippers and lungfishes elucidate the early evolution of four-limbed vertebrates? Evolution: Education and Outreach, 6:8, doi:10.1186/1936-6434-6-8.
Lefevre S, Bayley M, Mckenzie DJ, Craig JF, (2014). Air-breathing fishes. Journal of Fish Biology, 84: 547–553.
Moran D, Softley R, Warrant EJ (2014) Eyeless Mexican Cavefish Save Energy by Eliminating the Circadian Rhythm in Metabolism. PLoS ONE, 9(9): e107877.
doi:10.1371/journal.pone.0107877.
www.mudskipper.it, (2016). The mudskipper. http://www.mudskipper.it/ (2016.07.25. 접속)
5. 연구성과
[별첨]
자체평가의견서
1. 과제 현황
과제번호 2016R1D1A1B03935737
사업구분 기초연구사업
연구분야
생명과학과제구분 단위(√)
사 업 명 이공학개인기초연구지원사업 주관
총괄과제 기재하지 않음 총괄책임자 기재하지 않음
과 제 명 대기에 노출된 어류의 호흡 생리 과제유형 (기초, 응용, 개발)
연구기관 한국해양과학기술원 연구책임자 김 성
연구기간 연 구 비 (천원)
연차 기간
2016.11.01~2019.10.31 정부 민간 계
1차년도 50,000 50,000 50,000
2차년도 50,000 50,000 50,000
3차년도 50,000 50,000 50,000
4차년도 0
5차년도 0
계(총
연구기간) 150,000 150,000 150,000
참여기업
상 대 국 상대국연구기관
※ 과제번호 : 연구사업통합지원시스템 상에 나와 있는 과제번호 입력 ※ 5개 학문단 : 자연과학, 생명과학, 의약학, 공학, ICT·융합연구
2. 평가일: 2019.11.20 3. 평가자(연구책임자):
소속 직위 성명
한국해양과학기술원 책임연구원 김 성
4. 평가자(연구책임자) 확인:
본인은 평가 대상 과제에 대한 연구개발성과에 대하여 객관적으로 기술하였으며, 공정하게 평가하였음을 확약하 며, 이 자료가 전문가 및 전문기관 평가 시에 기초 자료로 활용되기를 바랍니다.
확 약
[김 성]Ⅰ. 연구개발 실적
※ 다음 각 평가 항목에 따라 자체 평가한 등급 및 실적을 간략하게 기술(200자 이내)
1. 연구개발성과의 우수성/창의성
■ 등급: (아주 우수, 우수, 보통, 미흡, 불량)
1. 수중 용존산소로 호흡하는 해양동물의 호흡률 측정 지표로 이산화탄소 도입
2. 해수-공기 기체 평형을 이용한 수중과 대기 양측 서식 수중동물의 호흡률 측정 방법 개발 3. 해양동물의 수중과 대기 양측 호흡률을 동일한 계측기의 동일한 호흡률 지표로 연속 측정
4. 간헐적 개방이 가능한 폐쇄형 호흡률 측정 장치에서 실험생물이 호흡하는 동한 초기의 산소 농도 를 97% 장기간 유지
2. 연구개발성과의 파급 효과
■ 등급: (아주 우수, 우수, 보통, 미흡, 불량)
1. 해수-공기 기체 평형 원리에 근거한 COAR로 조간대 해양생물의 수중과 대기 양측 호흡생리 연구 2. 해양의 생물학적 탄소순환 연구의 핵심 호흡률 지표 이산화탄소 호흡률 직접 연속 측정 기술 확보 3. 폐쇄 공간에서 실험동물의 호흡에 따른 저산소 스트레스를 줄 일 수 있는 호흡률 측정 환경 구현
3. 연구개발성과에 대한 활용 가능성
■ 등급: (아주 우수, 우수, 보통, 미흡, 불량) 1. 해양산성화에 따른 해양동물의 호흡생리 연구 가능
2. 호흡상수를 이용한 수중과 대기 양측 서식생물에 대한 새로운 호흡생리 연구 분야 개척 3. 수중과 대기 양측의 해양동물 호흡생리 연구
4. 연구개발 수행의 성실도
■ 등급: (아주 우수, 우수, 보통, 미흡, 불량)
1. 해양동물의 호흡률 측정 지표로 이산화탄소 도입과 이 지표를 수중과 대기 양측에서 연속 측정을 위한 새로운 개념의 호흡률 측정 장치 개발 성공 및 최적 운영 조건 확립
2. 용존산소 기반의 전통적인 호흡률 측정 장치의 단점(호흡률 측정기내 기포 발생이나 공기 주입은 측정 오류의 주요 원인)을 실험동물의 호흡에 의한 산소 감소 스트레스 방지에 활용
3. 수중과 대기 양측에 서식하는 해양동물의 호흡생리 연구 분야 개척
4. 실험동물 윤리 준수를 위해 실험동물 어류를 조간대 해양동물 수동방게로 변경(수중 생활 어류의 대기 반복 노출 호흡률 측정에 따른 희생 방지 노력)
5. 공개 발표된 연구개발성과(논문, 지적소유권, 발표회 개최 등)
■ 등급: (아주 우수, 우수, 보통, 미흡, 불량)1. Limnology and Oceanography methods에 관련 논문을 투고하였음 2. 실험 방법의 미비(총탄산염의 미측정)로 논문게재가 거부됨
3. 추가 실험에서 보고서 그림 4의 a1영역과 같이 실험의 불안정성 발견 4. 반복 실험을 통한 실험의 안정성 확보 후 논문 투고 예정
Ⅱ. 연구 목표 달성도
세부 연구 목표 (연구계획서 상의 목표)
비중 (%)
달성도
(%) 자체평가
수중환경의 어류 호흡률 측정
10 10
실험동물의 수중 호흡률을 해수-공기의 기체 평형상태에서 공기의 이산화탄소 분압을 이용하여 수중의 이산화탄소 호흡률 지표 측정 성공
대기 노출환경의 어류 호흡률 측정
80 80
실험동물의 대기 호흡률을 해수-공기의 기체 평형상태에서 공기의 이산화탄소 분압으로 측정 성공
혈액가스와 전해질 이온 분석
10 실험동물을 어류에서 갑각류인 수동방게로의 변경에 따라 측정 불가 10
· ·
·
합계 100
90Ⅲ. 종합 의견
1. 연구개발성과에 대한 종합의견
본 과제의 연구 목표는 수중 생활 어류가 대기에 한 두 시간 노출에도 생존할 수 있는 이유를 찾는 것 이다. 이를 위해 수중과 대기 양측에서 해양동물의 호흡률을 정확하게 측정하는 방법을 개발과 함께 많은 대기 노출 반복 실험이 필요하다. 이 때 반복적인 대기 노출 호흡률 측정 실험은 많은 수의 어류 희생이 수반될 것으로 예상되어 동일한 실험결과를 얻을 수 있는 조간대 해양동물인 수동방게로 실험동물을 변 경하였다. 이와 동시에 호흡률 지표로 새롭게 이산화탄소를 도입하였다. 실험동물이 수중과 대기 양측 환 경에서 호흡하는 동안 두 매질에서 이산화탄소 분압을 해수-기체 평형 상태에서 동일한 계측기의 동일한 센서로 연속 측정에 성공하였다. 즉, 측정 방법과 계측기 감도 차이에 대한 보정 없이 OCAR에서 측정한 이산화탄소 지표로 수중과 대기 양측의 정확한 호흡률 차이 비교가 가능하였다. 이 때 수중과 대기 양측 의 호흡률을 측정하는 동안 두 매질의 산소 환경은 초기 산소 농도의 97% 이상을 구현하였다. 이와 같은 호흡률 측정기의 산소환경은 자연과 유사할 것으로 판단된다. 본 연구를 통해 해양동물의 수중과 대기 양 측의 호흡률을 이산화탄소 지표로 정확하게 측정할 수 있는 길을 열었다. 뿐만 아니라 이산화탄소 호흡률 은 해양의 생물학적 탄소순환 연구의 핵심 직접 지표이다.
2. 평가 시 고려할 사항 또는 요구사항
본 연구에서 시도한 해수-공기의 기체 평형 조건에서 이산화탄소 분압으로 수중과 대기 양측 호흡률 연 속 측정 시도는 세계 최초이다. 해양동물의 수중과 대기 양측의 호흡률을 동일 측정시스템의 동일 센서로 측정에 성공하였다. 대기노출 반복 실험으로 과도한 어류 희생 방지를 위해 실험동물을 대기 노출에 강한 조간대 해양동물인 수동방게로 변경하였다(실험동물 윤리 준수). 실험동물을 어류에서 수동방게로 변경 하였음에도 불구하고 예상한 실험결과를 얻었다.
3. 연구개발성과의 활용방안 및 향후 조치에 대한 의견
본 연구의 해수-공기 기체 평형을 이용한 해양동물 호흡률 측정 방법은 조간대 해양동물의 호흡생리 연 구, 다양한 산소환경(대양의 용존산소 최소 층과 최대 층, 적조생물 대 번성시기 등) 재현 가능, 대양의 생물학적 탄소순환의 호흡률 지표 직접 측정 등 다양한 분야에 활용될 수 있을 것이다.
210mm×297mm[백상지(80g/㎡) 또는 중질지(80g/㎡)]
