An Integrated Study on Meiofauna: Effects of Ocean Acidification, Ecological Characteristics, and Taxonomy

Abstract

대기에서 해양으로 녹아 들어가는 CO2의 지속적인 증가와 이에 따른 최근의 급격한 해양 산성화는 현재 전 지구적 주요 현안으로서, 기후변화 모델에 따르면 2100년에 해양의 CO2 농도가 1000 ppm 이상 증가할 것으로 예측된다. 이러한 해양 산성화가 해양 생태계에 커다란 충격이 될 것임은 자명하다. 이에 따라 본 논문에서는 저서생태계 내에서 2차 생산자로서 중요한 역할을 담당하는 중형저서생물과 주요 생물군인 저서성 요각류에 대한 해양 산성화의 영향을 분석 및 이해하고, 해양 산성화가 예측되는 연안 해역에 서식하는 중형저서생물 군집에 대한 생태학적, 분류학적 연구 기반을 구축하고자 하였다. 해양 산성화가 중형저서생물에 미치는 영향을 알아보기 위해 퇴적물 내 중형저서생물 군집의 분류군별 서식밀도와 퇴적물에서 분리된 저서성 요각류의 생존율을 서로 다른 이산화탄소 농도에서 연구한 결과, 여러 그룹 중 퇴적물 내 저서성 요각류의 서식밀도에서 pCO2 농도 400 ppm의 대조군과 1000 ppm의 실험군 사이에 통계적으로 유의한 차이를 발견하였다. 국내 연안에 서식하는 저서성 요각류의 온대 우점종인 Tigriopus japonicus를 대상으로 한 종 수준 연구에서는 T. japonicus의 유생 단계의 생존율이 pCO2 농도에 따라 상대적으로 성체보다 더 크게 변화한다는 것과 실험실에서 배양된 개체보다 현장에서 채집된 개체가 생존율에 있어서 해양 산성화의 영향력이 더 크게 작용한다는 사실을 밝혀내었다. 반면에 열대지역 저서성 요각류 우점종인 Tisbe sp.의 생존율 연구에서는 설정된 pCO2 농도 수준에서 해양 산성화의 영향이 관찰되지 않았다. 해양 산성화의 영향이 높게 관찰되는 동해 후포 연안 해역에 서식하는 중형저서생물 특성을 파악하기 위해 5년에 걸쳐 중형저서생물 군집을 조사한 생태 특성 연구에서는 pH가 가장 낮게 관측된 정점 5와 정점 10에서 저서성 요각류와 갑각류 유생의 개체수가 조사 기간에 가장 적게 출현하였으며, 다른 분류군에 비해 서식밀도 조성 비율이 월등히 높은 선충류 군집에 대한 속 수준 분석에서 가장 우점한 선충류는 c-p value 2인 Chromadorita 속과 c-p value 3인 Dorylaimopsis 속이었고, 산성화 경향이 강하게 나타나는 정점 10에서 선충류 속이 가장 적게 출현함을 확인하였다. 특히, 선충류의 섭식유형 분석에서는 정점 10에서 epistrate feeder가 조사 기간 현저하게 높은 비율을 차지하였다. 동해안 후포 해역의 중형저서생물 군집 조사지역에서 발견된 저서성 요각류의 신종은 우리나라 연안에서 최초로 기재되는 Heterolaophonte 속의 신종으로, 이 종은 흉부의 첫 번째 다리 외지가 2마디로 구성되어 있고 수컷의 흉부 세 번째 다리의 내지에 있는 두 번째 마디의 말단에는 성적 기형인 apophysis가 존재하며, 특히 caudal rami가 서로 매우 밀접하게 붙어있는 독특한 특징을 가지고 있다. 본 논문에서 수행된 연구 결과들은 미래에 해결해야 할 주요 과제인 해양 산성화에 대한 이해와 예측에 필수적인 정보이며, 나아가 향후 해양 산성화와 관련된 우리나라 연안의 저서생태계 관리에 활용될 매우 중요한 기반 자료가 될 것이다. |The amount of CO2 dissolved in the ocean has been increasing continuously, and the results using climate change models show that the CO2 concentration of the ocean will increase by over 1000 ppm by 2100. Ocean acidification is expected to have a considerable impact on marine ecosystems. The purpose of this thesis is to understand the effects of ocean acidification on meiofaunal communities and harpacticoid copepods, and to establish a foundation for ecological and taxonomic research on meiofauna in coastal areas anticipating ocean acidification. To find out about the impacts of ocean acidification on meiofaunal communities, I analyzed the differences in the abundance of meiofauna communities in sediment and the survival rate of harpacticoid copepods separated from the sediment, between 400 and 1000 ppm pCO2. In experiments exposed to different pCO2 concentrations, the abundance of the harpacticoid copepod assemblages in sediment was significantly lower at 1000 ppm than that at 400 ppm pCO2. To explore the effects of the harpacticoid copepod Tigriopus japonicus to an increased CO2 in seawater, I compared the survival rates of adult and nauplius stages at 400, 1000, and 1550 ppm pCO2. The survival rate decreased by a greater amount at all concentrations in nauplii than in adults, with a greater effect in wild-collected specimens than in culture-derived individuals. In experiments with Tisbe sp. to investigate the effects of ocean acidification on the harpacticoid copepod of tropical region, no statistical significant difference was observed in the survival rate. The meiofauna communities were monitored over five years, to understand the community characteristics in coastal water of East Sea highly affected by ocean acidification. In the species level of nematodes, the most dominant taxon, the species number of nematodes at Station 10 with the low of pH value, was lowest compared to other stations. In the analysis on the feeding type of nematode, epistrate feeders accounted for a remarkably high proportion at Station 10, which showed strong tendency of ocean acidification. In addition to, a new species of the genus Heterolaophonte Lang, 1948 is discovered in the monitoring area. The distinguishing features of Heterolaophonte sp. nov. are that the exopod of the first leg are composed of two segments, and there is an apophysis as a sexual deformity on the second segment of the third male leg. In particular, this new species has unique characteristics in that the caudal rami are very tightly attached to each other. The results of present thesis suggest that future ocean acidification may negatively influence the sustainability of specific species or taxa, and thus may eventually influence benthic ecosystems. In addition, ecological and taxonomic results provide various basic data needed to understand and predict ocean acidification.