이원영의 "남극의 과학자, 남극의 동물"

까치를 연구하던 젊은 동물행동학자가 우연한 기회에 찾아간 새로운 생태계 연구 현장인 남극. 극지연구소의 이원영 박사가 남극에서 겪은 연구자의 삶, 그리고 거기에서 경험한 다양한 동물과 자연 생태에 관한 이야기를 전한다.

오염물질을 남극까지 퍼뜨리는 ‘메뚜기 효과’

[10] 펭귄과 도둑갈매기에서 검출된 유기오염물질


00Antarctic2.jpg » 남극의 해안. 출처/ Wikimedia Commons


문 분야별로 수많은 영어 줄임말을 사용한다. 예를 들어, 생물학에서는 ‘중합효소 연쇄반응(Polymerase Chain Reaction)’이라는 용어를 가리켜 흔히 ‘피시아르(PCR)’라고 부른다. 원래 전체 단어를 부르기에 너무 길고 불편하기 때문이기도 하지만, 관습적으로 써오다 보니 자연스레 줄임말로 부르는 게 굳어진 것이다. 내가 공부하고 있는 생태학 분야에서도 마찬가지라서 우리끼리 쓰는 용어들이 있다.


“너 이번에 트리(TREE)에 나온 그 논문 봤어?”

“응, 그거 지엘엠(GLM)을 어떻게 써야 하는지 잘 정리한 연구인 것 같아.”


여기서 말하는 ‘트리’는 나무가 아니라 ‘Trends in Ecology and Evolution(생태학과 진화학의 경향)’이라는 저널의 줄임말이고, 지엘엠은 통계에서 ‘Generalized Linear Model(일반화 선형모형)’을 뜻한다.


처음 ‘팝스(POPs)’라는 말을 들었을 때에도 비슷한 느낌이었다. 얼마 전 내가 연구하고 있는 펭귄과 도둑갈매기에서 팝스를 검출했다는 논문에 대해 처음 듣고는, 부끄럽지만 팝스에 대해 전혀 몰라 무슨 말인지 이해하지 못했다.



‘팝스(POPs)’와 ‘침묵의 봄’

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10pic1.jpg » 인간 몸에 달라붙어 사는 이나 벼룩 같은 외부 기생충을 없애기 위해 전쟁 기간 중 군인의 몸에 DDT를 살포했다. 출처/ 위키미디어 코먼스 팝 음악 이야기는 아닐 테고, 대체 뭘 했다는 걸까 궁금해서 찾아보니 팝스는 의학, 해양학, 환경학, 화학 등 분야에서 흔히 사용하는 잔류성 유기 오염물질(Persistent Organic Pollutants, POPs)이라는 용어의 줄임말이었다. 이름 그대로 ‘쉽게 분해되지 않고 잔류하는 유기 오염물질’이다.


하지만 잔류성 유기 오염물질의 특성과 연구 배경에 대해 잘 알고 있지 못했기 때문에 논문을 읽어도 쉽게 이해하지 못했다. 다행히도 펭귄과 도둑갈매기의 팝스 물질에 관한 논문을 쓴 김준태 박사가 나와 같은 연구소에 들어왔길래, 하루는 붙잡고 자세하게 이야기를 해달라고 졸랐다. 그는 친절히 설명을 해주면서 나에게 레이첼 카슨(Rachel Carson)의 <침묵의 봄(Silent spring)>을 읽어볼 것을 권했다. 오래된 고전이긴 하지만 침묵의 봄을 알아야 팝스를 제대로 이해할 수 있다는 것이었다. 그래서 나는 <침묵의 봄>을 읽었고, 그 이후엔 책에 푹 빠져 ‘레이첼 카슨 평전’도 찾아보게 되었다.


“호수의 풀들은 시들고 새들은 더 이상 노래하지 않네.”


1962년 레이첼 카슨은 영국의 시인 존 키츠의 시 구절에서 착안한 <침묵의 봄>이라는 제목의 책을 발표했다. ‘침묵의 봄’이란 제목은 과도한 살충제 사용으로 곤충과 새가 사라져 봄이 와도 더 이상 새들의 울음소리를 들을 수 없는 세상을 은유적으로 나타낸 것이다.


당시 살충제 디디티(DDT)는 싼 값에 해충을 박멸할 수 있는 물질로 각광받으며 거리낌없이 살포되고 있었다. 곤충의 신경계를 마비시키는 효과가 있지만 냄새가 없고 인체에는 독성이 적다고 알려지면서, 2차 세계대전과 한국전쟁 중 말라리아처럼 곤충에 의해 옮겨지는 질병을 막기 위해 군에서도 널리 사용되었다. DDT의 살충 효과를 처음 발견한 스위스 화학자 뮐러(Mu?ller)는 그 공로로 1948년 노벨생리학상을 받았다.


00pic222.jpg » <침묵의 봄(Silent spring)>의 저자, 레이첼 카슨(Rachel Carson: 1907–1964). 출처/ 위키미디어 코먼스 미국 정부는 모기나 불개미 같은 해충을 박멸한다는 목적으로 숲과 농지에 화학 살충제를 살포했는데, 그로 인해 나타날 수 있는 환경적인 영향에 대해서는 관심을 기울이지 않았다. 점차 그 피해들이 생겨나기 시작했고, 과학자들은 생태계 내에서 인간을 포함한 어류, 조류, 포유류 등의 포식자들에게 그 잔류물이 축적되어 생겨날 수 있는 피해 가능성에 대해 연구하기 시작했다.


카슨은 실험실에서 연구를 하는 과학자도 아니었고, 박사학위를 받은 것도 아니었다. 하지만 다양한 인적 네트워크를 통해 학자들의 연구 결과 사례들을 모아 분석했고, 과학적 근거를 바탕으로 생태계와 인간에 끼칠 수 있는 살충제 남용의 위험성을 경고하는 글을 썼다. <뉴요커(New Yorker)> 잡지에 글의 일부가 실리고 뒤이어 ‘침묵의 봄’이란 제목의 책이 출간되면서, 책은 곧 베스트셀러가 됐고 사회적으로 반향을 일으켰다. 이후 살충제를 만드는 기업들에서는 카슨을 반박하는 글을 배포했고, 대중들은 환경오염을 실제적인 위험으로 인식하고 적극적으로 문제 제기를 하기 시작했다.



‘침묵의 봄’ 이후, 잔류성 유기 오염물질

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‘침묵의 봄’이 발표되었을 때 <뉴욕타임스>의 사설은 “DDT를 개발한 사람과 마찬가지로 노벨상을 받아야 마땅할 것”이라며 카슨을 응원했다. 실제로 ‘침묵의 봄’ 이후 환경 문제의 심각성이 대두하면서 환경운동이 본격화했고, 환경이 개발 대상이 아니라 당연히 지키고 보호해야할 터전이라는 인식이 확산했다.


국 의회에서는 야생보호법과 환경정책법이 통과되었고, 1970년에는 4월 22일을 ‘지구의 날(Earth day)’로 지정하는 행사가 열리면서 환경운동의 기점이 되었다. 드디어 1972년 미국에서는 DDT의 사용을 규제했으며 1975년에는 유기 염소계 농약을 금지했다.


한편 과학자들은 DDT가 끼칠 수 있는 영향에 대해 꾸준히 연구 결과를 발표했다. 특히 디엘드린(Dieldrin)과 DDT가 ‘생물농축’으로서, 먹이사슬 윗단계에 있는 맹금류에게 축적되어 알껍질이 얇아지고, 이로 인해 번식성공률이 급격하게 감소한다는 연구보고는 생태계 상위 포식자의 실질적인 피해를 입증한 사례로 널리 알려졌다. 최근엔 야생동물에 끼치는 영향 외에도 인체에 미칠 수 있는 여러 만성적 질병 가능성에 대해서도 밝혀지고 있다.


10pic3.jpg » 1963년 미국 Seney National Wildlife Refuge에서 죽은 채 발견되어 DDT에 의한 영향을 확인하기 위해 옮겨진 흰머리수리(Bald eagle)의 사체. / 출처: 위키미디어 코먼스


그렇게 DDT를 포함한 유기염소계 살충제는 미국 내에서 금지되었다. 하지만 정작 살충제 사용량은 점점 증가했고 환경오염 문제는 더 심각해졌다. 미국 농약회사들은 자국내 판매가 금지되자 해외에 수출하는 방법을 쓰기도 했으며, 법망에 걸리지 않는 더 해로운 유기인계 살충제로 대체해 나갔다.


1970년대 베트남전에 사용된 제초제의 부산물인 다이옥신(dioxins)은 태아독성 및 발암성을 지닌 것으로 드러났고 많은 인명 피해를 남겼다. 이에 따라 사람들은 한두 가지 오염물질을 금지한다고 해서 환경 문제가 나아지지 않는다는 것을 경험적으로 알게 되었다.


리고 환경에서 오래 남아 인체에 유해한 유기 오염물질을 특별히 ‘잔류성 유기 오염물질(POPs)’이라 이름을 붙이고 관리를 하기 시작했다. 유엔환경계획(United Nations Environment Programme, UNEP)에서는 다음과 같은 4가지 특성으로 잔류성 유기 오염물질을 정의하고 있다.


첫 번째는 위해성(harmfulness)이다. 인간을 비롯해 야생 동물에게 높은 수준의 독성을 나타내고 그 잠재적 가능성이 보고된 물질이다. 이 물질들은 암을 유발하기도 하며 신경계과 면역계에 영향을 끼쳐 만성 질환을 일으키기도 한다. 두 번째는 잔류성(persistency)이다. 쉽게 분해되지 않고 독성이 있는 상태로 수년간 환경 속에서 지속성을 나타내는 물질이다. 세 번째는 생물농축성(bio-acculumation)이다. 생태계 먹이사슬을 따라 물질 농도가 점차 증가하면서 상위 단계에 있는 동물에 축적되는 물질이다. 네 번째는 장거리 이동성(long-range transport)이다. 물과 공기의 흐름을 따라 먼 거리를 이동하면서 세계 곳곳에서 검출되는 물질이다.


이런 오염물질들은 대기와 해류를 따라 전지구적으로 영향을 끼치며 인체에 영향을 끼치기 때문에 한 국가의 노력으로는 해결되지 않는다. 여러 국가들 간의 협약과 규제가 동시에 진행되어야 효과를 거둘 수 있다. 다행히도 이 물질들의 위험성과 해악에 대한 인식이 공유되었고, 시간이 오래 걸리긴 했지만 2001년 ‘잔류성 유기 오염물질에 관한 스톡홀름 협약’이 152개 국의 서명으로 체결되어 오염물질들을 국제적으로 규제하기 시작했다. DDT를 포함한 위험한 12가지 물질의 사용이 제한되었고, 2016년 현재 총 26가지 물질이 잔류성 유기 오염물질의 목록에 올라 있다. 추가적으로 위험한 후보 물질들이 검토됨에 따라 각 후보군에 대한 생물농축성과 인체 독성에 대한 면밀한 조사가 필요하게 되었으며, 사용 제한이 된 물질들을 대체할 수 있는 물질에 대한 연구가 필요하게 되었다.



‘오염물질 확산’ 메뚜기 효과와 저온동결 효과

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남극은 청정 지역이다. 남극은 인간 활동이 제한된 곳이기 때문에 가축을 키우거나 농사를 짓지도 않고, 공장도 없다. 인위적인 인간의 농업이나 공업 활동이 없다 보니, 각종 화학물질들도 발생하지 않는다. 나는 뿌옇게 흐린 날 아침이면 미세먼지 농도와 오존 농도를 확인하곤 했다. 하지만 남극에선 그런 걱정없이 공기를 마음껏 들이켰고, 마치 폐와 혈관이 정화되어 몸이 맑아지는 듯한 기분을 느끼기도 했다. 추워서 힘들긴 하겠지만, 물 맑고 공기 좋은 곳에서 평생을 사는 동물들이 부럽다는 생각도 들었다.


런데 학계에 보고된 연구결과들을 보면 남극에 사는 동물들도 오염물질에서 그리 자유롭지는 못하다. 남극은 오염물질이 만들어지는 곳에서 멀리 떨어져 있으며 다른 대륙과 동떨어져 고립되어 있지만, 잔류성 유기 오염물질은 한 군데 고정되어 있지 않고, 대기와 해류를 따라 장거리를 이동할 수 있다.


따뜻한 곳에선 증발(evaporation)하여 대기중으로 방출되었다가 조금 더 추운 고위도 지역으로 이동하면 응축(disposition)되어 땅으로 내려온다. 이런 과정이 여러 번 반복하면, 물질이 지구 표면을 통통 튀어다니며 마치 메뚜기가 뛰어가는 것과 같은 효과(일명 ‘메뚜기 효과’, ‘Grasshopper effect’)를 통해 수 천 킬로미터를 며칠 만에 이동할 수도 있다. 그렇게 이동을 하다가 추운 고위도 지역이나 고지대에서는 기화가 잘 일어나지 않아 이동을 멈추고 갇히게 된다(일명 ‘저온동결 효과’, ‘Cold-trapping effect’). 따라서 적도 부근에서 만들어진 물질들도 메뚜기효과로 인해 극지방까지 이동할 수도 있다.


10pic4.jpg » 잔류성 유기 오염물질(POPs)의 장거리 이동을 나타낸 모식도. 메뚜기 효과(grasshopping effect)와 저온동결 효과(cold-trapping effect)를 통해 극지방까지 이동하여 남극이나 북극에 사는 동물의 체내에 농축될 수 있다. / 출처: UNEP (2012)


산업혁명 이래 오염물질들은 주로 북반구에서 많이 발생해왔다. 아프리카, 호주, 남아메리카 등이 있는 남반구는 상대적으로 개발이 덜 되어 있었기 때문에 오염물질 농도 또한 낮았다. 하지만 최근 남반구 국가들의 경제 성장에 따라 인간의 산업활동이 빠르게 증가하면서 잔류성 유기 오염물질이 많이 발생되었다. 이 물질들은 남극까지 장거리 이동을 통해 남극크릴 같은 작은 무척추동물에 흡수되었고, 웨델물범이나 남방코끼리해표처럼 포식자들의 몸에선 생물농축이 일어나 남극크릴의 30-160배의 양이 검출되었다.



극지방까지 퍼진 잔류성 오염 물질

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글머리에 이야기했던 김준태 박사의 2015년 논문에 따르면, 남극 세종기지 인근의 펭귄마을에 사는 펭귄과 도둑갈매기 체내에서도 잔류성 유기 오염물질이 검출되었다. 도둑갈매기들은 호시탐탐 펭귄의 새끼와 알을 노리는 사냥꾼이다. 포식자인 도둑갈매기과 피식자인 펭귄의 관계에서 펭귄의 피와 살은 먹이사슬을 따라 도둑갈매기에게 전달된다.


만약 오염물질들도 분해되지 않고 쌓여 생물농축이 일어났다면, 펭귄에 비해 도둑갈매기가 훨씬 높은 오염수치를 나타낼 것이란 예측이 가능하다. 결과를 보니 예상했던 것처럼, 먹이사슬을 따라 오염물질이 증폭되어 도둑갈매기가 매우 높은 양을 지니고 있는 것으로 나타났다. 특히 그동안 남극 생체시료에서 검출되지 않았던 세 종류의 물질들(Dechlorane Plus; DPs, Hexabromocyclododecanes; HBCDs 등)도 새로이 보고되었다.


10pic5.jpg » 세종기지 인근 펭귄마을에서 펭귄의 사체를 먹는 도둑갈매기와 남방큰풀마갈매기. 잔류성유기오염물질들이 장거리를 이동해 남극 펭귄마을의 동물들에서도 검출되었으며, 펭귄-도둑갈매기의 먹이사슬을 따라 생물농축이 일어나는 것을 확인하였다. 출처/ Kim et al. (2015)


렇다면 펭귄마을의 오염물질은 어디에서 왔을까? 앞서 얘기한 메뚜기 효과와 저온동결 효과로 인해 대기를 통해 이동했을 수도 있으며 해수의 순환에 의해 해양생태계를 따라 전달되었을 수도 있다. 하지만 또 다른 경우의 수도 배제할 순 없다. 우선 펭귄이나 도둑갈매기 같은 이동성 동물들이 오염물질에서 가까운 곳에 다녀오면서 옮겨 왔을 가능성이다. 남극의 겨울이 되면 따뜻한 곳을 찾아 수 백 킬로미터 이상을 이동하는 과정에서 남반구 중위도 지역 근처나 아남극권에서 오염되었을 수도 있다. 또 다른 가능성은 남극 기지를 중심으로 한 인간 활동에 의한 오염이다. 세종기지가 있는 킹조지섬은 10개 이상의 기지가 모여 있는 ‘남극의 맨하튼’이라 불리는 곳이다. 남극이라고 하지만 각국 기지에 활동하는 인간의 방문이 잦은 장소이며, 기지 유지를 위해 사용하는 발전시설과 소각장 등에서 잔류성 유기 오염물질이 발생할 수 있는 여지가 있다.


남극에서도 오염물질이 증가한다는 것은 안타까운 일이지만, 관련 연구를 하는 학자들 입장에서는 남극만큼 좋은 곳도 없다. 남극은 그동안 오염물질의 농도가 극히 낮았기 때문에 현재 검출되는 물질은 비교적 최근에 합성된 물질일 가능성이 높기 때문에, 전지구적인 환경 변화를 모니터할 수 있는 지표가 된다.


히 온난화의 영향으로 인해 대기 중으로 빠져 나가는 오염물질의 농도가 증가하고 극지역 이동이 활발해졌다. 강수량이 증가하면서 남극 대기중에 갇혀 있던 물질이 토양이나 해양으로 흡수될 가능성도 또한 증가했다. 펭귄과 도둑갈매기의 몸 속엔 앞으로 얼마나 많은 잔류성 유기 오염물질이 축적될까? DDT로 인해 얇아진 알껍질로 맹금류들이 위기에 빠졌듯이, 남극 동물들도 오염물질로 인해 어떤 영향을 받고 있을지 모를 일이다.


[참고문헌]


Goerke H, Weber K, Bornemann H, Ramdohr S, Plotz J. 2004. Increasing levels and biomagnification of persistent organic pollutants (POPs) in Antarctic biota. Mar. Pollut. Bull. 48: 295-302.

Kim JT, Son MH, Kang JH, Kim JH, Jung JW, Chang YS. 2015. Occurrence of legacy and new persistent organic pollutants in avian tissues from King George Island, Antarctica. Environ. Sci. Technol. 49: 13628-13638.

Nash SB. 2011. Persistent organic pollutants in Antarctica: current and future research priorities. Journal of Environmental Monitoring 13: 497.

Porter RD, Wiemeyer SN. 1969. Dielderin and DDT: effects on sparrow hawk eggshells and reproduction. Science 165: 199-200.

임경순. 레이철 카슨의 ‘침묵의 봄’(1962) 출현의 역사적 배경 및 그 영향. 의사학 9: 99-109.

린다 리어 (김홍옥 옮김). 레이첼 카슨 평전. 2004. 샨티


이원영 극지연구소 생태과학연구실 선임연구원   

@한겨레 과학웹진 사이언스온   



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이원영 극지연구소 극지생명과학연구부 선임연구원
동물들의 행동을 관찰하면서 ‘왜’ 그리고 ‘어떻게’ 그런 행동을 하는지 질문을 던지고 답을 구하는 연구자입니다. 지금은 남극에서 펭귄을 비롯한 극지의 해양조류들을 연구하고 있으며 ‘이원영의 새, 동물, 생태 이야기’라는 과학 팟캐스트를 진행하고 있습니다.
이메일 : wonyounglee@kopri.re.kr      

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