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문제 정의
- , 1982; Driedzic, 1985). 따라서 본 연구에서는 고농도의 CO2 환경에서 폐사율을 알아보고, 72시간 동안 반복채혈을 행하면서 참문어의 생리적 기능에 미치는 급성영향에 대해서 살펴보고자 하였다.
- 본 연구에서는 두족류인 참문어를 대상으로 CO2 환경에서의 폐사율을 알아보고, 헤모림프를 채취하기 위하여 복부대동맥에 케뉴레이션을 행하고 CO2 노출 후 헤모림프의 PCO2, [HCO3-], pH, [Cl-], [Na+], [K+]의 경시반응을 조사하였다. 참문어는 1%-CO2 농도에서 노출 72시간에 33%의 폐사율을 보여 1%-CO2 농도구에서 폐사가 일어나지 않는 어류보다 CO2에 대한 내성이 약한 것으로 보인다.
제안 방법
- , USA)를 사용하여 CO2가 일정한 농도로 유지되도록 하였다. CO2 노출 개시 0.5, 1, 3, 8, 24, 48, 72시간 후 헤모림프를 채취하여 분석에 사용하였다.
- 노출실험을 행하였다. CO2 농도는 1, 2, 3%로 0, 3, 8, 24, 48, 72시간 후의 폐사율을 기록하였다.
- 먼저, 2회에 걸쳐 헤모림프를 채취한 후(0시간) 1% CO2 농도에서 노출실험을 개시하였다. CO2는 GAS Mixing Flowmeter(Cameron Instrument, Tex., USA)를 사용하여 CO2가 일정한 농도로 유지되도록 하였다. CO2 노출 개시 0.
- pK'를 계산하기 위한 단백질 농도는 혈청단백굴절계(SPR-N, ATAGO)를 사용하여 분석을 행하였다.
- 농도를 바로 분석하였으며, [Na+], [K+], [Cl-] 및 단백질 농도분석을 위하여 분석 전까지 동결 보존하였다. 또한 헤모림프를 채취할 때 해수를 함께 채수하여 pH를 측정하였다.
- O로 침지마취시켰다. 맨틀운동이 멈추면 참문어를 수술대로 옮겨서 케뉴레이션을 실시하였다. 케뉴레이션을 실시하는 동안에는 2% MgCl2ㆍ6H2O 농도의 마취액이 관류되도록 하였으며 관류액에는 산소를 주입하여 수술시 저산소증이 일어나는 것을 방지하였다.
- 노출 실험을 행하였다. 먼저, 2회에 걸쳐 헤모림프를 채취한 후(0시간) 1% CO2 농도에서 노출실험을 개시하였다. CO2는 GAS Mixing Flowmeter(Cameron Instrument, Tex.
- 참문어의 복부대동맥을 노출시킨 후 선단부분을 U자형으로 구부린 폴리에틸렌 세관(직경 1mm)을 심장부를 향하여 2-3 cm 삽입하였다. 혈관에 삽입된 폴리에틸렌 세관이 움직이지 않도록 폴리에틸렌 세관이 삽입된 주위의 혈관을 실로 고정시켰으며 맨틀 상부 외측으로 폴리에틸렌 세관을 빼낸 후 피부조직과 폴리에틸렌 세관을 함께 실로 동여 메어 폴리에틸렌 세관이 움직이지 않도록 고정시켰다.
- 채취한 헤모림프는 pH, 총 CO2 농도를 바로 분석하였으며, [Na+], [K+], [Cl-] 및 단백질 농도분석을 위하여 분석 전까지 동결 보존하였다. 또한 헤모림프를 채취할 때 해수를 함께 채수하여 pH를 측정하였다.
- 케뉴레이션을 행한 개체에 대해서 수술로부터 회복시킨 후 (정상적으로 호흡을 하고 채혈이 이루어지는 개체) CO2 노출 실험을 행하였다. 먼저, 2회에 걸쳐 헤모림프를 채취한 후(0시간) 1% CO2 농도에서 노출실험을 개시하였다.
- 폐사율 측정을 위하여 케뉴레이션을 장착하지 않은 개체에 대하여 CO2 노출실험을 행하였다. CO2 농도는 1, 2, 3%로 0, 3, 8, 24, 48, 72시간 후의 폐사율을 기록하였다.
- 농도는 Capni-Con 5(Cameron Instrument)를 사용하여 측정하였다. 해수의 pH는 휴대용 pH meter(MP125, Mettler Toledo)를 사용하여 측정하였다. [Na+], [K+], [Cl-]은 전자동전해질장치(PVA-αIII, A&T)를 사용하여 분석하였다.
- 참문어의 복부대동맥을 노출시킨 후 선단부분을 U자형으로 구부린 폴리에틸렌 세관(직경 1mm)을 심장부를 향하여 2-3 cm 삽입하였다. 혈관에 삽입된 폴리에틸렌 세관이 움직이지 않도록 폴리에틸렌 세관이 삽입된 주위의 혈관을 실로 고정시켰으며 맨틀 상부 외측으로 폴리에틸렌 세관을 빼낸 후 피부조직과 폴리에틸렌 세관을 함께 실로 동여 메어 폴리에틸렌 세관이 움직이지 않도록 고정시켰다. 케뉴레이션이 끝난 참문어는 몸체 구속용 챔버에 고정시킨 후 호흡실에서 24시간 회복시켰다.
대상 데이터
- 산염기반응실험을 위한 참문어는 6% MgCl2ㆍ6H2O로 침지마취시켰다. 맨틀운동이 멈추면 참문어를 수술대로 옮겨서 케뉴레이션을 실시하였다.
- 참문어 Octopus vulgaris는 인근 어시장에서 구입하여 실험실로 운반한 뒤 한 마리씩 뱀장어 통발에 넣어 순환수조 (1 ton)에서 사육하면서 실험에 사용하였다. 실험에 사용한 참문어는 온도순치를 행하지 않았다.
데이터처리
- 산염기반응실험의 결과는 0시간의 측정치와 CO2 노출 후의 각 측정치를 비교하기 위하여, 일원배치 분산분석을 실시한 후, Dunnett's test를 행하였다.
- 폐사에 의하여 개체수가 감소된 측정치(72시간의 결과 값)에 대해서는 통계처리를 행하지 않았다. 통계처리는 통계처리프로그램 SigmaStat (Jandel corporation, Version 2.0)를 사용하였다.
이론/모형
- 계산에 사용한 이온강도는 齊藤(1972)의 식을 이용하여 구했으며, 이온강도를 구하기 위한 [Ca2+], [Mg2+], [SO42-]는 Prosser(1950)의 Eledone조성을 사용하여 11.6, 57.2, 43.1(mg/kg)값으로 하였으며, 단백질 1g의 체적은 0.73±0.01 ml를 사용하였다(Slyke et al., 1950).
- 이때, 헤모림프의 CO2 용해도계수(αCO2) 및 pK'는 Heisler(1986)의 식을 이용하였다.
- 헤모림프의 PCO2와 [HCO3-]는 TCO2 및 pH값으로부터 Henderson-Hasselbalch식을 이용하여 계산하였다. 이때, 헤모림프의 CO2 용해도계수(αCO2) 및 pK'는 Heisler(1986)의 식을 이용하였다.
- 헤모림프의 pH는 혈액가스분석기(BGM, Cameron Instrument)를, 총 CO2 농도는 Capni-Con 5(Cameron Instrument)를 사용하여 측정하였다. 해수의 pH는 휴대용 pH meter(MP125, Mettler Toledo)를 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- 1%-CO2 농도구에서 헤모림프의 pH는 노출 개시 30분 만에 7.38±0.02에서 7.20±0.09로 유의한 차이를 보이며 감소하여 72시간에 7.01±0.06까지 감소하였고, 시간이 경과되면서 pH는 회복되지 않았다.
- 노출에 따른 참문어의 폐사율을 Table 1에 나타내었다. CO2 1% 농도에서 노출개시 72시간에 33%의 폐사율을 나타내었으며, 2% 농도구에서는 노출 72시간에 50%의 폐사율을, 3% 농도구에서는 노출 48시간에 25%, 72시간에 100%의 폐사율을 나타내었다.
- 또한 1% CO2 농도구에서 pH의 감소폭도 방어가 최저치 -0.1±0.03, 넙치 -0.16±0.06, 별상어-0.33±0.03 을 보이고, 회복시간도 방어, 넙치 및 별상어가 1시간, 3시간 및 72시간 안에 회복된 결과(Hayashi et al., 2004)와는 달리 참문어의 경우에는 CO2 노출 72시간 후에 최저치 -0.37를 나타내어 참문어는 방어보다 pH 저하폭이 크고 pH 최저값도 상당히 큰 것을 알 수 있다.
- 참문어는 1%-CO2 농도에서 노출 72시간에 33%의 폐사율을 보여 1%-CO2 농도구에서 폐사가 일어나지 않는 어류보다 CO2에 대한 내성이 약한 것으로 보인다. 또한 CO2 노출 후 pH가 유의적으로 감소하였으나 HCO3-의 농도증가에 의한 pH 회복은 나타나지 않은 점으로부터 참문어에 있어 HCO3-에 의한 완충 작용은 어류보다 약하거나 존재하지 않는 것으로 판단된다.
- 64 mM의 변화를 보였으며 pH는 72시간 CO2 노출 동안 감소된 상태로 유지되었다. 또한 CO2 환경에서 헤모림프의 Cl- 및 Na+의 농도에 있어서도 유의한 변화가 나타나지 않은 결과로부터 참문어가 어류와 비교하여 체내 pH 감소에 대한 산염기 조절시스템이 정상적으로 이루어지지 않은 것으로 판단된다. 오징어는 Na+의존성 Cl--HCO3-에 의한 산염기 조절시스템 뿐만 아니라 축색에서의 K+-HCO3-의존성 산염기 조절시스템이 세포의 pH 회복에 기여하고 있을 가능성이 제시되었으나(Hogan et al.
- 37를 나타내어 참문어는 방어보다 pH 저하폭이 크고 pH 최저값도 상당히 큰 것을 알 수 있다. 이러한 결과로부터 두족류인 참문어가 해산경골어류 및 판새류와 비교하여 CO2에 대한 내성이 약한 것으로 판단된다. Lenfant and Johansen(1965)은 Octopus dofleini의 혈액에서 높은 Root 효과를 관찰하였다.
후속연구
- , 1995) 참문어에 있어서 이온수송기구 및 산염기 조절시스템의 존재에 관한 정보는 전무한 실정이다. 앞으로 참문어에 관한 생리학적 완충작용을 파악하기 위하여 이온교환기구의 존재 혹은 교환능력에 대한 규명이 필요하리라 생각된다.
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