갯벌의 미세조류

<자료제공 : 노재훈>

서론

갯벌은 생물생산성이 높은 생태계로 외해에 비해 10~20배가 높은 생산력을 가진 것으로 평가되고 있다.

이와 같은 높은 생산성으로 인해 많은 종류의 어류와 무척추 동물들이 높은 생물 생산량을 유지하며 갯벌을 서식처로 살아가고 있다. 갯벌의 생물생산성은 미세조류라는 작은 일차생산자로부터 시작된다. 미세조류는 현미경으로 관찰이 가능한 작은 크기의 단세포성 생물로서 광합성 작용에 의해 유기물을 생산하며 이들이 생산한 유기물은 먹이망을 통해 갯벌 동물들에게 기본적인 에너지를 공급하여 갯벌의 생물생산성을 유지시킨다.

사진1: 유글레나류와 돌말류가 포함된 갯벌 미세조류의 형광현미경사진.

사진1: 유글레나류와 돌말류가 포함된 갯벌 미세조류의 형광현미경사진

사진2: 갯벌 표층에 서식하는 돌말류의 전자현미경 사진

사진2: 갯벌 표층에 서식하는 돌말류의 전자현미경 사진

사진3: 갯벌에 서식하는 유글레나류의 전자현미경 사진

사진3: 갯벌에 서식하는 유글레나류의 전자현미경 사진

사진4: 갯벌에 서식하는 은편모류의 전자현미경 사진

사진4: 갯벌에 서식하는 은편모류의 전자현미경 사진

갯벌에는 돌말류(규조류), 은편모조류, 남조류, 유글레나류등 다양한 미세조류들이 서식하고 있다.(사진1-4)

이들 미세조류들은 해수에 부유하며 살아갈 때는 식물플랑크톤으로, 갯벌을 서식처로 살아갈 때는 저서 미세조류라 부른다. 즉 식물플랑크톤이나 미세조류는 서식 형태의 차이를 나타낼 뿐 동일한 일차생산자 역할을 하고 있다. 갯벌환경에서 가장 풍부한 미세조류는 돌말류로서 이들의 이들의 일차생산은 갯벌 생산력 유지에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

돌말류

돌말류의 구조

단세포 생물인 돌말류는 연안수역의 수층 뿐만 아니라 갯벌에서도 가장 풍부한 생체량을 나타내는 일차생산자이다. 돌말류는 흔히 규조류라고도 부르며 부등편모조식물문(Division Heterokontophyta)에 속하는 Bacillariophyceae 강(class)으로 분류하기도 하고, 규조식물 문(division)으로 독립시키기도 한다.

형태는 돌말껍질(frustule)이라 불리는 규산질의 외피로 쌓여있고, 돌말껍질은 상하두개의 반 껍질(theca)이 상자모양으로 겹쳐진 형태를 나타낸다(그림1). 돌말류의 분류는 주로 돌말껍질의 구조와 무늬를 근거로 이루어진다. 도말류는 크게 중심돌말목(Centrales)와 깃돌말목(Pennales)으로 나누는데, 중심돌말은 껍질의 무늬가 중앙부를 향하여 방사상으로 배열하고(사진 5), 깃돌말은 1개의 축을 중심으로 좌우대칭으로 배열한다(사진 7).

사진5: 돌말껍질의 구조

사진5: 돌말껍질의 구조

사진6: 중심돌말 껍질의미세구조

사진6: 중심돌말 껍질의미세구조

사진7: 깃돌말 껍질의 미세구조

사진7: 깃돌말 껍질의 미세구조

깃돌말의 뚜껑에는 길이방향을 가로지르는 뚜렷한 선이 이쓴데 이를 등줄(raphe)이라한다. 등줄은 운동을 하는 기능과 관련이 있으며, 뚜껑의 무늬는 이 등줄을 중심으로 대칭적으로 배열되어있다.

돌말류의 운동성

갯벌에는 돌말류, 은편모조류, 남조류, 유글레나류등 다양한 저서 미세조류들이 서식하나, 운동능력이 있는 저서성깃돌말이 주로 우점하여 나타난다. 갯벌 환경에서 깃돌말류가 풍부한 것은 이들의 운동능력과 깊은 관계가 있는 것으로 알려져 있다.

갯벌은 육지와 바다의 중간에 위치하여 연안생태계의 완충역할을 하는 공간으로 조석에 의해 주기적으로 노출과 침수가 반복된다. 대기 노출시 갯벌의 미세조류는 강한 일사광, 온도상승, 건조등 생존에 불리한 환경에 노출된다. 이때 세포가 극한 환경을 피해 성장을 계속하기 위해서는 적당한 서식처를 선택할 수있는 능력이 필요하게 된다.

깃돌말류는 갯벌 표면에서 1~25㎛ s-1 정도의 운동능력을 보이는데 이들의 운동성은 조석과 광의 일변화등과 밀접하게 관련된 주기성이 있는 것으로 밝혀졌다. 깃돌말은 퇴적물에서 수직 도는 수평 이동하며 강한 광이나, 건조, 서식지 이탈 등 성장에 불리한 환경으로의 노출을 피하게 된다. 즉 깃돌말류의 이동능력은 이들이 갯벌환경에서 가장 우점한 일차생산자의 생태적 지위를 유지하는데 도움이 되는 것이다.

깃돌말이 우점하는 현상은 이들이 모여 만든 갯벌표면의 생물막(biofilm)을 통해 잘 알 수 있는데, 갯벌표면의 생물막을 관찰하면 깃돌말이 가장 우점하는 미세조류이을 알 수 있다. (사진 8~17)

사진8: 갯벌표층 미세조류 생물막의 전자현미경 사진

사진8

사진9: 갯벌 표면에 생물막을 형성하는 깃돌말류의 전자현미경사진

사진9

사진10: 미세조류 생물막의 단면 사진(깃돌말의 생물막아래로 갯벌 퇴적물이 보임)

사진10

사진11: 갯벌표면의 깃돌말 사진

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사진12: 갯벌표면의 깃돌말 사진

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사진13: 갯벌표면의 깃돌말 사진

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사진14: 갯벌표면의 깃돌말 사진

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사진15: 갯벌표면의 깃돌말 사진

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사진16: 돌말류가 서식하는 갯벌 단면의 전자 현미경 사진

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사진17: 돌말류가 서식하는 갯벌 단면의 전자 현미경 사진. (갯벌 표면에 많은 깃돌말류가 보임)

사진17

사진8: 갯벌표층 미세조류 생물막의 전자현미경 사진.
사진9: 갯벌 표면에 생물막을 형성하는 깃돌말류의 전자현미경사진.
사진10: 미세조류 생물막의 단면 사진(깃돌말의 생물막아래로 갯벌 퇴적물이 보임).
사진11: 갯벌표면의 깃돌말 사진.
사진12: 갯벌표면의 깃돌말 사진.
사진13: 갯벌표면의 깃돌말 사진.
사진14: 갯벌표면의 깃돌말 사진.
사진15: 갯벌표면의 깃돌말 사진.
사진16: 돌말류가 서식하는 갯벌 단면의 전자 현미경 사진. (갯벌 표면에 많은 깃돌말류가 보임)
사진17: 돌말류가 서식하는 갯벌 단면의 전자 현미경 사진. (갯벌 표면에 많은 깃돌말류가 보임)

갯벌에서 미세조류의 생태적 기능

갯벌의 높은 생산성과 생물다양성 그리고 연안생태계에서의 다양한 역할은 갯벌에 서식하는 미세조류의 활동과 밀접하게 연결되어 있다. 미세조류는 광합성을 통해 다양한 갯벌생물들의 에너지원이 되는 유기물을 만들어 낸다.

미세조류가 생성한 유기물은 먹이망을 통해 상위생물들에게 전달됨으로서 다양한 갯벌동물들이 살아가는데 필요한 에너지원으로 이용된다.

깃돌말이 이동하며 분비하는 점액질성 물질은 퇴적물 입자간의 응집력을 강화시켜 갯벌을 물리적으로 안정화 된 것으로 알려져 있다. 또한 갯벌 미세조류들은 조석에 의해 주변해수로 유입되어 하구역 생태계의 일차생산을 높여주는 역할을 하기도 한다.

미세조류의 일차생산 및 먹이사슬

갯벌에 서식하는 미세조류의 생체량과 일차생산력 연구는 1959년 이후 약 50년 동안 조간대, 조하대, 염습지 등 다양한 환경에서 이루어졌다. 갯벌 미세조류의 생체량은 조사 지점의 환경과 조사 시기에 따라 변화를 나타내나 많게는 몇 백단위의 엽록소 a {chl-a mg m-2)양을 보이고 있다. 이와 같이 높은 생체량으로 인해 일차생산력도 높은 경향을 나타낸다. 많은 연구자들은 갯벌의 연간 일차생산량을 하구역 생산력의 약 1/3에 해당되는 100~400gCm-2yr-1 범위로 평가하고 있다.

갯벌의 일차생산의 특징은 조석작용에 의한 변화가 크게 나타나는 것이다. 간조시 미세조류들은 갯벌 표층에서 광합성을 통해 유기물을 합성하나 밀물이 되며 해수에 잠기게 된다. 일반적으로 조간대의 해수는 부유물 농도가 높아 빛 투과가 매우 낮기 때문에 미세조류의 일차생산을 제한하는 요인으로 작용하게 된다. 조석작용과 함께 돌말류의 수직운동도 갯벌의 일차생산을 특징짓는 중요 요인으로 알려져 있다.

돌말류는 갯벌이 물에 잠길때 퇴적물속으로 이동하며 대기 노출시 퇴적물 표층으로 이동하는 수직운동을 나타낸다. 니질퇴적물의 경우 유광대 깊이는 퇴적물 상부 2~3mm 이내로 제한되기 때문에 돌말류의 수직이동으로 나타나는 미세한 깊이별 생체량과 광조건의 변화는 퇴적물내의 일차생산력을 결정하는 중요한 변수로 작용하게 된다. 이러한 주기적인 이동의 영향으로 저서돌말류의 일차생산은 고조시보다 저조시에 높게 나타난다. 돌말류의 운동성은 간조시 갯벌 표층퇴적물의 색이 시간에 따라 변하는 현상을 통해 확인할 수 있다.

갯벌은 대기에 노출된 후 시간이 흐름에 따라 진한 황갈색을 나타내는데 이는 표층으로 이동한 돌말류의 색소에 의해 나타나는 색이다. 때로 유글레나류가 많이 분포할 때는 연한 노랑과 연두색이 섞여 나타나기도 한다. 갯벌의 일차생산은 조석주기와 이에 연동되는 돌말류의 분포변화로 인해 매우 복잡한 양상을 나타내므로, 갯벌의 일차생산 평가를 위해서는 앞으로도 많은 연구가 진행되어야 한다.

미세조류의 광합성에 의해 생성된 유기물은 먹이망을 통해 다양한 갯벌 동물의 성장에 필요한 에너지를 공급하며 갯벌의 생물생산성을 높이는 역할을 하게 된다. 갯벌에선 미세조류가 중형 또는 대형저서생물에 직접적으로 이용되기도 하나 갯벌미세생물 먹이망을 통해 간접적으로 에너지 전달이 이루어지기도 한다.

갯벌에는 유기물이 풍부하여 이를 이용하는 박테리아의 생체량도 높게 나타난다. 박테리아는 갯벌의 유기물을 분해하여 무기염으로 순환시키는 한편 많은 유기물을 만들어내기도 한다. 박테리아는 미세한 동물성 편모류에게 이용되고 동물성 편모류와 미세조류는 섬모충류의 먹이로 이용된다. 이와 같이 갯벌에는 미세조류, 박테리아, 편모충류, 섬모충류로 이루어진 미세먹이망이 존재하며, 미세먹이망은 갯벌에 서식하는 많은 동물들의 성장을 위한 기초에너지원을 제공하게 된다.

미세조류의 일차생산 및 먹이사슬

돌말류가 이동 중 분비하는 점액질성 다당류는 갯벌 퇴적물의 안정화에 기여하는 것으로 알려져 있다.

돌말류나 박테리아의 분비물은 퇴적물 입자들을 응집력을 강하게 하며, 이로 인한 퇴적물의 안정화는 조석작용이나 풍랑등에 의한 퇴적물의 재부유 에너지를 증가시키게 된다.

점액물질과 퇴적물의 결합에 의한 퇴적물의 재부유율 변화는 조간대의 구조뿐 아니라 천해 환경 내의 부유물 이동에도 영향을 주게되며, 인접한 수역으로서의 저서성 돌말류의 수직이동과 EPS의 분비는 조간대의 퇴적물식자(deposit feeder)같은 상위 생물군의 섭식 행동에도 영향을 주는 것으로 나타난다. 이와 같이 저서성 돌말류가 나타내는 운동능력과 이동 중의 점액물질 분비는 천해환경의 생태계에 독특한 방식으로 영향을 미치고 있다.

하구역의 생산력 변화

저서성 미세조류는 조석작용에 의해 부유된 후 해수 유동에 따라 연안 수역으로 이동한다. 미세조류는 퇴적물과 영양염등과 동반하여 이동하게 되는데, 갯벌로부터 주변해수의 물질 이동을 Outwelling이라 한다.

Outwelling은 연안수의 식물플랑크톤 분포와 일차생산력을 결정하는 중요한 과정으로 알려져 있다. 실제 연안수에 분포하는 식물플랑크톤 중에는 저서성 돌말류가 많이 포함되어 있으며 경기만에 출현한 식물플랑크톤 중 40%이상이 저서성 돌말류의 부유에 의한 것으로 보고되었다.

겨울철과 같이 연안수의 식물플랑크톤 생체량이 낮은 시기에는 저서성 미세조류들의 유입이 연안수역 일차생산력을 높이며 먹이망을 통한 생물생산성을 유지시키는 역할을 하게 된다.

요약

갯벌 퇴적물에 서식하는 미세조류중 저서성 돌말류는 갯벌생태계의 중요한 일차생산자로서 먹이망을 통해 갯벌 생산력을 유지시키는 중요한 역할을 하고 있다.

특히 깃돌말은 이동 능력을 통해 갯벌환경에 잘 적응하며 높은 생체량을 나타낸다. 깃돌말류의 서식환경을 유지하기위한 수직이동은 갯벌 일차생산력에 영향을 주며, 이들의 이동중에 분비되는 점액물질은 퇴적물의 안정화를 통해 수층 생산력을 조절하게 된다. 또한 조석작용에 의한 갯벌미세조류의 이동은 주변수의 일차생산 및 먹이망에도 영향을 미치게 된다.

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