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ISSN : 2671-9940(Print)
ISSN : 2671-9924(Online)
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology Vol.58 No.1 pp.39-48
DOI : https://doi.org/10.3796/KSFOT.2022.58.1.039

A pilot study on the application of environmental DNA to the estimation of the biomass of dominant species in the northwestern waters of Jeju Island

Myounghee KANG, Kyeong-Dong PARK1, Eunbi MIN2, Changheon LEE3, Taejong KANG2, Taegeon OH4, Byeonggwon LIM5, Doojin HWANG6, Byung-Yeob KIM3*
Professor, Department of Maritime Police and Production System/Institute of Marine Industry, Gyeongsang National University,
Tongyeong 53064, Korea
1Researcher, Institute of Fisheries Resources Ecology, Busan 48498, Korea
2Student, Division of Fisheries Science, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
3Professor, Training Ship, Jeju National University, Jeju 63243, Korea
4Research Fellow, Resources Enhancement Division, Korea Fisheries Resources Agency, Busan 46041, Korea
5Senior Research, Resources Enhancement Division, Korea Fisheries Resources Agency, Busan 46041, Korea
6Professor, School of Marine Technology, Chonnam National University, Yeosu 59626, Korea
*Corresponding author: kimby@jejunu.ac.kr, Tel: +82-64-754-3493, Fax: +82-64-756-3483
20211101 20211201 20220119

Abstract


Using environmental DNA (eDNA) in the fisheries and oceanography fields, research on the diversity of biological species, the presence or absence of specific species and quantitative evaluation of species has considerably been performed. Up to date, no study on eDNA has been tried in the area of fisheries acoustics in Korea. In this study, the biomass of a dominant species in the northwestern waters of Jeju Island was examined using 1) the catch ratio of the species from trawl survey results and 2) the ranking ratio of the species from the eDNA results. The dominant species was Zoarces gillii, and its trawl catch ratio was 68.2% and its eDNA ratio was 81.3%. The Zoarces gillii biomass from the two methods was 7199.4 tons (trawl) and 8584.6 tons (eDNA), respectively. The mean and standard deviation of the acoustic backscattering strength values (120 kHz) from the entire survey area were 135.5 and 157.7 m 2 /nm 2 , respectively. The strongest echo signal occurred at latitude 34° and longitude 126°15’ (northwest of Jeju Island). High echo signals were observed in a specific oceanographic feature (salinity range of 32-33 psu and the water temperature range of 19-20℃). This study was a pilot study on evaluating quantitatively aquatic resources by applying the eDNA technique into acoustic-trawl survey method. Points to be considered for high-quality quantitative estimation using the eDNA to fisheries acosutics were discussed.


Acoustic survey , eDNA , Biomass estimation , Trawl survey , Jeju Island

제주도 서북 해역에서의 우점종 생물량 추정에 환경 유전자의 적용에 관한 시범 연구

강명희, 박경동1, 민은비2, 이창헌3, 강태종2, 오태건4, 임병권5, 황두진6, 김병엽3*
경상국립대학교 해양경찰시스템학과/해양산업연구소 교수
1(주)수산자원생태연구소 연구원
2전남대학교 수산과학과 학생
3제주대학교 실습선 교수
4한국수산자원공단 자원조성팀 부연구위원
5한국수산자원공단 자원조성팀 선임연구원
6전남대학교 해양기술학부

초록

    서 론

    DNA (deoxyribonucleic acid의 약자)는 생물의 유전 물질로, 생물을 만들고 유지하기 위한 생물학적 지침을 담고 있다. DNA의 화학 구조는 모든 생물에서 같지만, 염기쌍으로 알려진 DNA 빌딩 블록의 순서에 차이가 있다. 염기쌍의 고유한 서열, 특히 반복 패턴은 종, 개체 군, 심지어 개체를 식별하는 수단을 제공한다. 환경 DNA란 물, 흙, 퇴적물 등 다양한 환경에 잔존하는 생물 종의 DNA를 의미한다. 환경에 남아있는 생물종의 DNA는 단일 종을 식별할 뿐만 아니라 다양한 종 조성 을 파악할 수 있다. 즉, 환경 DNA를 이용하여 생물종의 다양성을 파악하고 종의 출현 유무를 확인하고 조사 환 경에 서식하고 있는 종의 정량적인 평가에 관한 연구가 진행되고 있다(Kelly et al., 2014;Yamamoto et al., 2016;Li et al., 2020;Stoeckle et al., 2021). 특히 수생 생물의 환경 DNA는 담수 혹은 해수에 유출된 이들의 피부조직, 점액질, 배설물, 분비물 등에 포함되어 있다. 환경 DNA를 활용한 수생생물 조사는 대상생물을 포획 하지 않고, 조사 영역의 해수 혹은 담수만 수집하기에, 조사 구역에 대한 접급성, 현장 조사 시 소요되는 비용과 인력을 절감할 수 있는 장점이 있다.

    국내에서 환경 DNA 기술을 도입하여 수행한 연구로 는 4개 하천(금강, 지천, 황지천, 섬진강)에서 서식하는 멸종 위기종을 대상으로 환경 유전자와 어구 조사를 이 용하여 지점별 종의 다양성을 파악하였는데, 환경 DNA 조사를 통해서는 지점 평균과 표준편차는 19±4.4종이 며, 어구 조사 결과는 10±4.8종의 결과를 도출하였다 (Kim et al., 2020). 또한, 경기도 황구 지천에서 환경 DNA를 이용하여 조사 구역에 서식하는 어류종을 조사 하였다(Song et al., 2019). 경기도 민물고기 생태학습관 으로 수족관 내 수조, 생태연못, 양식장에 서식하는 국내 대표적 담수 어류종에 대해 환경 DNA 분석을 실시하 여, 대상 어종 총 7목 11과 50종 중 7목 11과 45종(90%) 이 검출되었다(Kim and Song, 2021). 국외에서는 대형 해수 탱크에서 해산어의 생물량과 환경 DNA의 농도와 는 상관관계를 보인 연구가 있다(Kelly et al., 2014). 캐 나다 퀘벡 호수에서 환경 DNA와 단위 노력당 어획량 과는 유의미한 양의 상관관계를 밝혔으며, 환경 DNA 의 리드 수(total read)를 이용하여 조사 영역에 서식하 는 종의 비율과 밀도를 추정할 수 있는 가능성을 발표 하였다(Lacoursière‐Roussel et al., 2015). 어군탐지기를 이용하여 일본 Maizuru만에서 전갱이의 음향 강도와 환경 DNA 농도 사이에 양의 상관관계를 보였으며 (Yamamoto et al., 2016), Greenland 대륙사면 (수심 해역 188±918 m)에서 심해어를 대상으로 환경 DNA와 트롤 결과는 좋은 일치를 보였다(Thomsen etal., 2016). 미국 뉴저지 연안에서 어류의 다양성, 계절성 및 상대적 밀도 에 관한 환경 DNA 결과는 저층 트롤 어획량과 일치함을 보였다 (Stoeckle et al., 2021). 그러나, 발틱해에서 측정 된 환경 DNA 농도와 이미 알고 있는 대구, 청어, 가자미 의 주요 개체수 사이에는 연관성이 관찰되었지만, 환경 DNA 농도와 트롤 어획량 사이에는 유의미한 상관관계 가 발견되지 않았다(Knudsen et al., 2019). 중국 보하이 해에서 중국 새우(Fenneropenaeus chinensis)를 대상으 로 이 종의 저층 트롤 어획량과 환경 DNA 결과에는 유 의미한 상관관계를 가지지 않았다(Li et al., 2020).

    수산 자원 평가를 위하여 음향 트롤 조사는 세계 여러 해역에서 수행되고 있는 보편적인 자원 평가 방법 중 하 나이다. 과학어군탐지기로부터 음향 데이터를 수록하고, 트롤 조업으로 대상 어종을 식별하고 어종별 체장 및 체 중 정보를 이용하여, 대상 어종의 생물량을 평가한다 (Simmonds and MacLennan, 2005). 이 음향 트롤 조사법 은 현존하는 수산 자원량 평가를 위하여 세계 여러 나라 의 해역에서 이용하고 있는 매우 정형화된 조사법이다.

    현재까지 국내에서 환경 DNA 기술을 수산 음향 분야 에 활용한 연구 사례는 전무하다고 할 수 있다. 수산 음향 분야에 환경 DNA 기술을 적용하여, 우리나라 해 역의 어종을 대상으로 이 기술을 활용하여 이 기술의 이용 타당성 등을 파악하는 것은 중요하다고 할 수 있다. 음향 트롤 조사법은 수산 자원 평가의 직접적인 방법 중 하나로, 이 조사법에 환경 DNA 기술을 적용하고자 한다. 따라서, 이 연구는 제주도 서북 해역에서의 우점종 에 대한 음향 트롤 조사에서 기존의 생물량 추정에 사용 하는 1) 트롤 어획의 우점종 비율과 2) 환경 DNA 결과 의 우점종 비율 정보를 활용하여, 우점종의 생물량을 산출하여 비교해 보고자 한다. 일반적으로 수산 자원 생물 분포는 해양 환경 인자 영향을 받기 때문에, 추가적 으로 조사 해역의 해양 환경 특징도 살펴보았다.

    재료 및 방법

    현장조사

    제주대학교 실습선(아라호, 2,995톤)에 탑재되어 있 는 과학어군탐지기(Simrad EK80, Kongsberg, Norway, 이하 과학어탐)를 이용하여 제주도 서북 해역에서 2020 년 6월 3일부터 6월 4일까지, 6월 8일부터 6월 9일까지 음향 조사와 트롤 조사를 병행하여 실시하였다. 사용한 트롤 어구는 6매식 저층트롤이며 망고와 망폭은 각각 약 2.9 m와 29.7 m이고, 인망평균속력는 3.5 노트, 코드 앤드의 그물코 사이즈는 100 mm이었다. 트롤 샘플링은 3차례 수행했으며 정점별 위치는 33° 39.14’N, 125° 46.31’ E(정점 1), 33° 54.60’N, 125° 22.70’E(정점 2), 그리고 33° 35.50’N, 126° 15.70’E(정점 3)이었다(Fig. 1). 트롤 어획물은 선상에서 어종별로 분류하고 전수를 측정하였으며, 체장은 1 mm 단위, 체중은 1 g 단위로 측정하였다. 이 연구는 “근해 수산자원 기본 계획 및 중장기 계획 수립” 연구 과제의 일부로서, 제주도 주변 에서 수산자원의 관점에서 중요한 구역 (이하, 제주 구 역)은 위도와 경도(33°45’N, 125°00’E(좌-위), 33°45’N, 126°00’E(우-위), 33°30’N, 125°00’E(좌-아래), 33°30’N, 126°00’E(우-아래))로 형성되었으며, 이 구역은 2020년 9월과 10월의 음향 데이터를 이용한 다른 논문에서 이 용한 구역과 같다.

    환경 DNA 분석을 위하여 4개의 정점에서 16, 17 m에 서 니스킨채수기를 이용하여 2L 이상의 해수를 채수하 였다(Table 1). 채수 정점은 트롤 정점 3개와 같은 위치 이고 한 정점(Fig. 1의 세모)을 더 추가하였다.

    데이터 처리

    음향 데이터 분석은 Echoview (Echoview Software Pty. Ltd, ver. 11, Australia)을 사용하였으며, Arcmap (ESRI, ver. 10.3, USA)와 Ocean Data View (AWI, ver. 5.2.1, USA 이하 ODV)를 이용하여 분석 결과를 가시화 하였다. 음향 데이터는 6개 주파수(18, 38, 70, 120, 200, 333 kHz)로부터 수록하였으나, 우점종에 대한 이용 가 능한 음향산란강도(Target strength, TS; dB re 1 m2 )는 120 kHz에서 측정한 것이 보고된 바 있어, 120 kHz를 이용하여 분석하였다. 고정선(4 m)에 “threshold offset” 연산자를 사용하여 해수면 부근의 잡음 등을 제거하여 해수면선을 작성하였다. “best bottom candidate”의 선 알고리즘을 사용하여 해저선을 만들고, 수동으로 해저 선을 검열(scrutiny)하였다. 해수면 선과 해저선 사이의 데이터만을 사용하여 분석하였다. 제주 구역에는 4개의 부분 항적선을 포함하여, 이를 항적선을 중심으로 면적 을 구하여 이 구역에서의 우점종 생물량을 추정하였 다. 이 조사의 음향 조사의 데이터는 양질로 수집되어, 다른 잡음 소거 알고리즘은 사용하지 않았으나 최종적 인 단계에서 눈으로 데이터 상태 및 질을 검열하였다. 잡음이 소거된 에코그램에서 그리드(수평 1 nm과 전 체 수심)을 설정된 각 셀(cell)의 해리면적산란계수 (m2 /nm2 , Nautical Area Scattering Coefficient, 이하, NASC)를 추출하였다. 여기서, SA로 알려진 NASC는 식(1)과 같이 Sv 값의 적분으로 계산된다.

    N A S C = ∫ z 2 z 1 S υ   d z   4 π   1852 2
    (1)

    여기서, z1과 z2는 설정한 수심이고, 셀 또는 영역의 높이 T에 대해 다음과 같이 계산된다.

    NASC   =   10 Sv_mean / 10   x   T   x   4 π   x   1852 2
    (2)

    제주도 서북해역의 우점종 생물량을 추정하기 위하여 조사 정선별 생물량(Bt)은 아래와 같이 구할 수 있다.

    B t = N A S C t ¯   ·   W ¯ 1000   ·   A t 4   ·   π   ·   10 T S ¯ 10       ( t o n )
    (3)

    여기서 NASCt는 조사정선 t에서의 평균 NASC, W는 우점종의 평균 체장(kg), At 는 조사 정선의 면적(nm2 ), TS는 우점종의 평균 TS이다. 여기서, Bt에서 트롤에 어획된 우점 비율과 환경 DNA 우점 비율을 각각 적용 하여 구한 다음에, 각 정선별 현존량을 더하면 조사 해역 전체 면적의 현존량이 된다. 현존량 산출에 관한 상세한 내용은 Kang et al. (2015)을 참고할 수 있다.

    채수한 해수는 GN-6 membrane filter(0.45 μm, 47 mm) 에 여과한 후 genomic DNA를 추출하기 전까지 −70℃ 냉동고에 보관하였다. 어류 환경 유전자는 Tissue & blood genomic extraction Kit (Qiagen, Germany)를 이용하 여 genomic DNA를 추출하고, 농도를 측정한 후 −70℃ 냉동고에 보관하였다. 환경 DNA의 어류 분석을 위한 마커는 MiFish 프라이머(약 170 bp, Miya et al., 2015)를 이용하여 분석하였다. Library 구축을 위하여 Genomic DNA 1㎕(100/㎕)를 2 ㎕의 10X Reaction buffer (500 mM KCI, 100 mM Tris-HCI, 1% Triton X-100), 2 ㎕의 100 mM dNTP, 1 ㎕의 forward primer, 1 ㎕의 reverse primer, 0.2 ㎕의 Taq enzyme (5 unit/1㎕)와 혼합한 tube 에 최종적으로 20 ㎕의 부피가 되도록 증류수를 첨가하 여 Polymerase Chain Reaction (PCR)을 수행하였다. PCR 수행 후, 전기영동을 통해 밴드를 확인하며 예상 사이즈의 PCR product를 Gel extraction Kit (Bioneerm, Korea)의 매뉴얼에 따라 정제하였다. 그 다음, NexteraXT index Kit (illumine, USA)를 사용하여 라이브러리를 제작 하였으며, 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, USA) 를 사용하여 라이브러리의 품질과 양을 측정하고 illumine Miseq600cycle Reagent Kit v3를 사용하여 염기 서열 분석을 수행하였다. 얻어진 대용량 염기서열을 생물 정보학적 처리 과정을 거쳐 Blast search로 종 및 분류군 분석을 수행하였다(Fig. 2).

    조사 해역의 환경 데이터(수온과 염분)는 Copernicus Marine Service(이하 CMS)에서 추출하였다. 전체 조사 기 간인 2020년 6월 3일에서 6월 9일까지, 수심은 155.8 m로, 조사 해역인 124°~128° E와 32°~35° N까지 설정하였다. CMS에서 GLOBAL_ANALYSIS_FORECAST_PHY_001_024 를 사용하였으며, 이 글로벌 해양 분석 및 예측 시스템은 1/12°의 구간에 매일 새로운 정보(update)를 제공하고 있다. 이 환경 데이터는 NetCDF 파일 형식으로 추출하 여, ODV와 ArcMap을 이용하여 분석하였다. 특히 ODV 의 DIVA (Data Interpolating Variational Analysis) 알고 리즘을 사용하여 해양 환경 데이터를 보간하였다. 이 보간법은 해안선과 수심 측량 특성을 고려하여 환경 데 이터를 최적의 방식으로 분석하고 공간적으로 보간한다 (Florou et al., 2014). 이 DIVA 그리드 알고리즘은 고해 상도 공간 변숫값과 해안선의 좋은 표현을 제공하는 유 한 요소 그리드를 생성하여, 각 점 사이의 거리와 오차 값을 기반으로 주변 데이터 점을 추정하기 위해 변동 역법(Variational inverse method)이 적용되었다. 그런 다 음 각 데이터 포인트의 배경 필드를 각 데이터 값에서 빼고 알파 가중치를 곱하고 더한 것이었다(Tandaeo et al., 2011;Troupin et al., 2012). 이 보간된 해양 환경 정보와 NASC값을 중첩시키고자 ArcMap을 이용하여 가시화하였다.

    결과 및 고찰

    환경 DNA 결과인 어종별 토탈리드수(Total read number)와 그 비율을 Table 2에 나타내었다. 등가시치가 81.3%로 가장 우점하였으며, 다음으로 성대가 16%를 차지하였다. 다른 종의 비율은 합하면 2.7%를 차지하였 다. 트롤 조사에서의 어획물을 어종별의 중량순으로 분 류하여 우점종 10종과 총 어획물 중에서 저서종(황아귀, 홍어, 참홍어 등)을 제외한 우점종 10종은 Table 3에 나 타내었다. 트롤 조사의 총 어획물에서 등가시치, 황아귀, 홍어가 각각 43.2%, 16.8%, 10.7%를 차지하였다. 트롤 조사의 총 어획물 중 상위 10종의 비율은 총중량의 95.4%를 점유하였다. 총 어획물 중에서 저서종을 제외 한 이유는 음향 데이터를 이용하여 최우점종의 생물량 을 산출할 때, 음향데이터에 저서종의 음향신호가 포함 될 가능성이 매우 낮기 때문이다. 저서종을 제외한 어획 물에서는 등가시치, 눈볼대, 얼룩통구멍이 각각 68.2%, 12.5%, 4.3%를 차지하였다. 저서종을 제외한 어획물 중 상위 10종은 총중량의 99.1%를 차지하였다.

    일반적으로 음향 데이터를 이용하여 생물량을 추정할 때 트롤 어획물에서 대상종의 어획 비율을 이용하는데, 이 연구에서는 기존의 트롤 어획 비율과 환경 DNA 분 석 결과인 우점종 비율을 이용하여 비교하였다. 이 두 가지 방법에서 최우점종은 등가시치로 트롤 어획 비율 은 68.2%, 환경 DNA 우점 비율은 81.3%를 차지하였다. 등가시치 종의 TS에 관하여 조사된 연구가 없으며, 이 종은 농어목에 속하는데 식(4)와 같이 120 kHz에서의 농어를 대상으로 구한 TS-TL (total length)식을 사용하 였다(Kayanda et al., 2012).

    TS = 30.15 Log(TL) - 84.14
    (4)

    트롤 어획물 중 등가시치(Zoarces gillii)의 평균 전장 (41.5 cm)을 식(4)에 적용하여 구한 TS 값은 –35.4 dB이 었다. 이 종의 평균 체중은 467.1 g이었으며, 실제로 제 주 구역에서의 조사 항적이 제주 구역 면적을 전부 포함 하지 않아, 제주 구역 내 항적선으로 구한 면적은 제주 구역 전체 면적의 64.5%에 해당하므로 이를 반영하여 생물량 추정하였다(Table 4). 트롤 어획 비율을 이용한 방법으로 추정한 등가시치의 생물량은 7199.4 ton, 환경 DNA 우점 비율 방법으로 구한 생물량은 8584.6 ton이 었고, 트롤 어획 비율 방법으로 구한 것보다 1.2배 높은 것을 알 수 있었다.

    전체 조사 해역에서의 NASC 값의 수평 분포도는 Fig. 3에 나타내었다. NASC의 최솟값과 최댓값은 6.3과 1740.1 m2 /nm2 , 평균과 표준편차는 각각 135.5와 157.7 m2 /nm2이었다. 제주도 북서쪽 위도 34°와 경도 126°1 5′에 가장 강한 음향 산란 신호가 보였다. 조사 해역의 해양 환경 특성 즉 보간한 수온과 염분은 Fig. 4에 나타 내었다. 수온의 평균과 표준편차는 19.3℃와 1.5℃, 염 분의 평균값과 표준편차는 각각 32.5 psu과 1.0 psu이었 다. NASC값은 염분 32~33 psu의 범위와 수온 19~20℃ 범위에서 높은 것을 알 수 있었다.

    이 연구에 환경 DNA 기술 중에서 메타바코딩 방식을 사용하였다. 이 방식은 해수 혹은 담수 샘플에서 환경 DNA를 검출하기 위하여 범용 프라이머를 사용하여 환 경 DNA의 PCR (polymerase chain reaction)을 증폭한 후 차세대 연속(Next-Generation Sequencing, NGS)에 의한 다종을 검출하는 방식이다. 범용 프라이머는 짧은 미토콘드리아 DNA 바코드 영역(eDNA 메타바코딩)을 대상으로 한다. 즉, 환경 DNA 메타바코딩은 하나의 샘 플로 100종 이상의 종을 검출할 수 있는 다종 동시 검출 법으로, 대규모 병렬 염기 서열 분석(Massive Parallel Sequencing)이 가능해지면서 활용된 기술이다. 이 기술 은 기존의 표적 PCR 기술에 비해 동시에 여러 종에 대한 분석이 이루어져 처리 과정이 까다롭고 금전인 비용이 높지만 동시에 다양한 종에 대한 정보를 얻을 수 있다는 장점을 가진다고 할 수 있다.

    서론에서 언급한 것과 같이 환경 DNA 기술을 이용하 여 생물종의 다양성, 종 분포 정도, 멸종종의 확인, 종의 정량적인 평가 등에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 특히, 수생생물의 샘플링 결과(어획물)과 환경 DNA의 copy 수 혹은 read 수를 비교하여 이 사이의 상관관계를 살펴본 연구가 다수 있지만, 모든 결과가 양의 상관관계를 보이는 것은 아니었다. 이 연구도 수산 자원 평가를 위한 음향 트롤 조사에 이 기술을 접목하였 는데, 이 기술을 정량적인 목적으로 사용하기 위해서 고려해야 할 사항이 많다고 생각한다. 예를 들어, 환경 DNA 분해에 영향을 끼치는 환경요인에 관한 연구에서 환경 DNA 감소 비율은 생물학적 산소 요구량, 클로로 필 등에 영향을 받는다(Barnes et al., 2014). 환경 DNA 의 샘플링을 위한 채수 시에 유속, 유량 등 수문학적인 특징은 종 탐지 결과에 영향을 준다. 또한 미생물 활동, 온도, 염도 및 pH와 같은 생물적 및 비생물적 요인이 환경 DNA 결과에 영향을 준다고 알려져 있다. 환경 DNA 생성, 분해 및 분산이 종 또는 서식지에 따른 차이, 프라이머 불일치와 같은 기술적 제약도 있다(Rees et al., 2014;Collins et al., 2018;Hansen et al., 2018;Kelly et al., 2019). 또한, 조사 해역에서 공간적으로 충분하면 서 고른 샘플링을 실시할 필요가 있다. 환경 DNA 분석 에서 정량적인 수산 자원량 평가에서의 활용은 추정된 환경 DNA 농도가 대상으로 하는 생물의 양과 상관관계 가 있다는 가정을 전제로 한다(Hansen et al., 2018). 예 를 들어, 정량적 환경 DNA 추정치는 총 생물량 1톤인 1,000마리의 성체 어류와 백만 개체로 구성된 동일한 총중량의 자어 군집 사이에서 다를 것으로 예상된다. 자어는 단위 체중당 최대 4배 더 많은 DNA를 환경으로 유출한다고 보수적으로 가정하면 성어 대 자어에 대한 생물량의 매우 다른 결과에 도달할 것이다(Maruyama et al., 2014). 생물량 추정에서 성어와 자어 비율을 알지 못한 채, 환경 DNA 기술을 이용한 수산 자원 평가는 매우 큰 오차를 포함할 수 있다는 점을 숙지해야 한다. 그럼에도 불구하고, 이 연구는 수산 해양 어족 자원의 환경 DNA 기술 접목을 시도한 시범 단계의 연구라는 것에 의의가 있다고 할 수 있다. 앞으로 이 기술을 음향 트롤 조사법과 병행하여 정도 높은 결과(정확한 정량적 인)를 도출할 수 있도록 지속적으로 연구가 필요하다고 할 수 있다. 우선적으로 환경 DNA와 트롤 조사의 어획 량의 정량적인 결과 비교가 수행되어야 할 것이며, 그리 고 NASC값과도 비교하는 연구가 진행되어야 한다고 생각한다. 추가로, 환경 DNA와 트롤 어획량의 높은 상 관관계를 가져서 환경 DNA의 종조성에 대한 정보를 사용한다고 하더라도, 대표종의 평균 TS 값을 구할 때 필요한 체장 정보를 알 수 없으므로 이에 대한 부분도 보완하여야 한다. 앞으로 해결해야 할 문제점 등을 다수 언급하였으나, 환경 DNA는 현재 가장 인기 있는 연구 주제 중 하나임이 틀림없다.

    한편, 음향 트롤 조사법에서 전체 NASC 값에 대상종 의 TS를 나누어 산출한 생물량에 트롤 어획 비율을 적용 하여 그 대상종의 생물량을 구한다. 여기서 대상종의 TS를 적용할 때도 오차를 포함할 수 있다. 예를 들어, 대상종이 우점종 예를 들어, 80% 혹은 90%의 우점종이 라고 할지라도 이 TS 값이 모든 TS 값을 대표한다고 할 수 없다. 이런 오차를 감안하여 생물량을 추정하고 사용하고 있는 것이 현실이다. 더욱이, 대상종의 TS 값 이 없을 때 그와 유사한 종의 TS 값을 이용하고, 대상종 이 여러 종으로 구분할 수 없을 때 일반적인 TS 값을 사용하는데 이 또한 현존량의 오차를 포함하는 원인이 기도 하다(Kang et al., 2020;Lin et al., 2020). 또한 트롤 조사의 어획 선택성은 잘 알려져 있으며, 이로 인한 오차 가 발생할 수 있다(Kim et al., 2019).

    결 론

    이 연구는 이 환경 DNA 기술을 수산 자원 평가의 직접적인 조사 방법 중 하나인 음향 트롤 조사에 접목한 시범 연구이다. 제주도 서북 해역에서의 우점종에 대한 생물량을 기존의 트롤 어획 비율과 환경 DNA 결과인 어종 순위 비율을 이용하여 추정하였다. 조사 해역에서 최우점종은 등가시치로 트롤 어획 비율은 68.2%, 환경 DNA의 우점 비율은 81.3%를 차지하였다. 이 두 가지 방법으로 추정한 등가시치의 생물량은 7199.4 ton(트롤) 과 생물량은 8584.6 ton(환경 DNA)이었다. 환경 DNA 우점 비율 방법으로 구한 생물량이 트롤 어획 비율 방법 으로 구한 것보다 1.2배 높은 것을 알 수 있었다. 전체 조사 해역에서의 수평적인 NASC값(120 kHz)의 평균과 표준편차는 각각 135.5와 157.7 m2 /nm2이었다. 제주도 북서쪽 위도 34°와 경도 126°15’에 강한 음향 산란신호 가 관찰되었다. 조사 해역에서의 음향산란신호는 염분 32~33 psu의 범위와 수온 19~20℃ 범위의 해양 환경에 서 높은 것을 알 수 있었다. 향후 이 기술을 이용하여 정도 높은 정량적인 추정을 위하여 고려해야 할 사항이 다수 있음이 고찰하였다.

    사 사

    이 논문은 2021년 해양수산부 재원으로 해양수산과 학기술진흥원의 지원을 받아 수행된 연구이며(광대역 음향 기술을 이용한 북극해 어류 생태 특징 추출에 관한 연구, 1525011758), 또한, 해양수산부가 지원하는 한국 해양과학기술원의 2020년 연구선 산‧학‧연 공동활용 연 구사업으로 부터 지원을 받았습니다(PE99885). 그리고, 이 연구는 한국수산자원공단 “근해 수산자원 증대사업 기본 계획 및 중장기 계획 수립” 연구과제의 지원을 받 아 연구되었습니다(2020.12).

    Figure

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    Map of the study area of the northwest part off Jeju island. The purple dotted line indicates the entire voyage track. The red circle with the number shows trawl station. The stations of water collection were the same trawl stations with one more station marked in black triangle. The area with blue hashed line indicates the region, so called Jeju region in this study, for estimating the biomass of a dominant species.
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    Environmental DNA analysis flow.
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    Horizontal distribution map of acoustic scattering strength (NASC) using the entire transect line data.
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    Interpolated salinity (left panel) and water temperature (right panel) with the acoustic scattering strength (NASC).

    Table

    The location and depth of water collection for eDNA analysis
    Total read number by species from environmental DNA and the corresponding percentage
    Ten dominant species of all trawl catch and ten dominant species of all catch except for demersal species. TL and BW indicate total length and body weight
    Biomass of the dominant species (Zoarces gillii) using the trawl catch ratio method and the eDNA ranking method. Percentages indicate the dominated ratio of the Zoarces gillii in both methods

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