식물플랑크톤

식물플랑크톤은 물의 흐름에 따라 떠다니며, 광합성을 하는 단세포 조류(藻類)로, 그 크기가 아주 작아 현미경을 통해서 관찰할 수 있다. 식물플랑크톤은 빛에너지를 이용하여 이산화탄소와 물로부터 유기물을 합성하는 광합성 작용을 통해 바다의 생물들에게 필요한 먹이를 공급하는 역할을 하고 있다. 육상에서 나무와 풀들이 광합성 작용을 통하여 성장을 하고, 초식동물의 먹이가 되며, 초식동물은 또다시 인간을 포함한 육식동물의 먹이원이 되는 것과 마찬가지로, 바다에서는 식물플랑크톤이 동물플랑크톤이나 어류와 같은 해양 생물들이 살아가는데 필요한 에너지를 공급해 주는 일차생산자이다.

식물플랑크톤은 광합성 작용을 통하여 산소를 만들어 내므로 지구의 환경을 유지하는데 없어서는 안 되는 중요한 산소 공급자이기도 하다. 식물플랑크톤은 이산화탄소와 물을 이용해 광합성을 하며, 동물플랑크톤의 먹이로 이용되거나 해저면으로 침강하게 된다. 식물플랑크톤이 해양의 표층에서 깊은 수심의 해저면으로 이동할 때, 이산화탄소( CO₂)를 포함하여 여러 가지 생물체를 이루는 기초 원소가 함께 이동하게 되는데, 이를 생물학적 펌프(biological pump)라 부른다.

또한 식물플랑크톤으로부터 생성된 DMSP(dimethylsulfoniopropionate)라는 황 성분을 포함하는 화합물은 온실가스로 알려진 DMS(dimethylsulfide)의 생성원인 물질이 된다. 대기 중 DMS의 약 95%가 대기-해양의 가스 교환에 의해 공급되어지며, 전 지구적으로 해양에서 대기로 방출되는 DMS의 양은 연간 15∼33 Tg S인 것으로 알려져 있다. 대기로 방출된 DMS는 급속한 산화과정을 거쳐 구름응결핵으로 작용하는 황화염의 형태로 변화한다. 즉, 해양에서 발생된 DMS는 대기로 방출되어 구름을 형성하는데 큰 기여를 한다. 따라서 DMS는 식물플랑크톤에 의해 생성이 조절되는 온실가스인 것이다. 식물플랑크톤 활동은 온실가스인 이산화탄소와 DMS의 농도, 탄소(C), 질소(N), 인(P), 황(S) 등 지구의 중요한 원소들의 순환과정에서 중요한 역할을 하게 된다. 이처럼 바다의 식물플랑크톤은 그 크기는 비록 작지만 인간이 살아가는 지구의 환경을 적절히 조절해 주는 중요한 생물이다.

해양에는 크게 10개의 문(division)에 속하는 다양한 식물플랑크톤이 분포하고 있는 것으로 알려져 있는데, 독도의 해역을 조사한 결과 7개의 문에 속하는 식물플랑크톤이 있는 것으로 밝혀졌다.

이 중에서도 가장 다양한 식물플랑크톤은 규조강(Bacillariophyceae)에 속하는 돌말류(diatom)이다. 돌말류는 규조질 성분의 상각과 하각이 하나로 합쳐진 형태로, 옆에서 보면 마치 직사각형의 상자와 같은 모양을 하고 있으며(사진 1), 상각과 하각은 각각 다양한 미세 구조로 이루어져 있다(사진 2). 독도 주변 해역에는 총 102종류의 돌말류가 분포하고 있다.

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사진 1. 돌말류의 현미경 사진 (중앙의 직사각형은 옆에서 본 형태이며, 원형은 각 모양)

사진 2. 돌말류 각의 미세구조 현미경 사진

식물플랑크톤 가운데 지구상에서 가장 오래 전에 출현한 종류는 남조류로, 이들의 출현은 약 30억 년 이상 된 것으로 알려져 있다. 남조류는 세포 안에 핵이 없는 원핵생물로 남세균 또는 시아노박테리아(cyanobacteria)로 불리기도 한다(사진 5). 독도 해역에선 사상체 형태의 트리코데스미움(Trichodesmium sp.) 규조류와 공생하는 리켈리아 인트라셀룰러리스(Richeliaintracelluralis) 그리고 세포 직경이 1㎛ 이하인 씨네코코커스(Synechococcus)속과 프로클로로코커스(Prochlorococcus)속 등 4종류의 남세균이 나타난다(사진 6). 이와 같이 독도 해역에는 총 155종류 이상의 식물플랑크톤이 분포하고 있는 것으로 밝혀졌으며, 분류작업이 계속 진행될수록 출현할 종의 수는 더 늘어날 것으로 예상된다.

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사진 5. 사상체형 남세균의 형광현미경 사진

사진 6. 남세균 씨네코코커스(Synechococcus)속의 형광현미경 사진

해류는 독도 해역에서 식물플랑크톤의 다양성을 결정하는 중요한 요인이다. 북서태평양의 열대 해역으로부터 북상한 쿠로시오와 동한난류로 연결되는 해류는 독도 해역에서 살아가는 식물플랑크톤의 다양성을 높여주며, 또한 겨울에는 북쪽으로부터 내려오는 북한한류의 영향으로 찬 바다에 서식하는 종도 나타난다. 이와 같이 독도 주변 해역에 분포하는 식물플랑크톤은 해류의 흐름에 의해서 북서태평양의 영향도 받게 된다.

식물플랑크톤은 바다에서의 일차생산자이면서 동물플랑크톤에 의해 소비되고, 동물플랑크톤은 또다시 어류에 의해 소비된다. 이러한 먹이사슬에 의해 식물플랑크톤이 풍부한 바다에서는 어류를 포함한 수산생물자원이 많이 모여 좋은 어장이 형성된다.

따라서 식물플랑크톤의 생체량은 외해역 해양생태계를 유지하는 매우 중요한 요소로, 광합성 관련 색소인 엽록소 a(클로로필 a)의 농도로 표시하거나, 현미경 관찰에서 얻어진 식물플랑크톤 개체수로 나타낸다. 최근에는 위성을 이용한 연구가 활발해지면서, 위성으로 바다의 엽록소 a 농도를 측정하고 있다. 위성을 이용하면 넓은 바다에서 빠르고 다양하게 변화하는 여러 가지 현상에 대한 자료를 전송받을 수 있으므로, 배를 타고 현장에 나가서 조사하는 방법의 단점을 보완할 수 있다. 위성으로부터 얻은 자료를 이용하여 분석한 결과 독도 해역의 월별 평균 엽록소 a의 농도는 그림 1과 같다.

독도 해역은 전형적인 온대 바다에서의 식물플랑크톤 변화 형태를 보였다. 봄철인 4월에 식물플랑크톤의 양이 가장 많았고, 5월부터는 감소하다가 가을인 11월에 다시 약간 증가하는 양상을 보였다.

바다의 일차생산력을 측정하는 방법에는 여러 가지가 있으나, 탄소동위원소를 이용하는 방법이 가장 널리 사용된다. 식물플랑크톤은 이산화탄소와 물을 이용해 광합성을 하므로 탄소동위원소가 식물플랑크톤에 의해 동화된 양을 측정하면 일차생산력을 계산할 수 있는데, 독도 해역의 일일 일차생산력은 2,526~5,741 ㎎/㎠/d의 범위를 나타냈다(그림 2).

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식물플랑크톤 현장조사 1	식물플랑크톤 현장조사 2