We investigated the distribution and species composition of zooplankton in relation to hydrographical characteristics in the Korea Strait during the winter (February) and summer (July) of 2009. Satellite images of sea surface temperatures and in situ CTD data showed that the southeastern water zone ...
We investigated the distribution and species composition of zooplankton in relation to hydrographical characteristics in the Korea Strait during the winter (February) and summer (July) of 2009. Satellite images of sea surface temperatures and in situ CTD data showed that the southeastern water zone (St3-5) off Jeju Island was strongly influenced by the Tsushima Current during both the winter and summer, whereas the Changjiang Diluted Water, characterized as water with relatively low salinity, was evident in the coastal waters of Jeju Island during the summer. During winter, zooplankton abundance was significantly higher than in the summer, with dominance by copepods, ostracods, siphonophorans, appendicularians, and nauplii. In both seasons, copepods represented >70% of the total zooplankton population. Calanus sinicus, a large calanoid copepod, was dominant in near the coast, and that may be associated with the intrusion of low salinity water (i.e., the Changjiang Diluted Water) along the coast. The abundance of P. parvus s.l. and A. omorii, known as neritic copepods, was mainly associated with the Korea Southern Coastal Water. Foraminiferans, Ostracods, O. plumifera, and P. aculeatus were concentrated in the southeastern water off Jeju Island during both seasons; showing their association with the Tsushima Current, which is characterized warm, high salinity water. Our results suggest that the distribution, abundance, and species composition of zooplankton are highly influenced by different water masses in the Korea Strait.
We investigated the distribution and species composition of zooplankton in relation to hydrographical characteristics in the Korea Strait during the winter (February) and summer (July) of 2009. Satellite images of sea surface temperatures and in situ CTD data showed that the southeastern water zone (St3-5) off Jeju Island was strongly influenced by the Tsushima Current during both the winter and summer, whereas the Changjiang Diluted Water, characterized as water with relatively low salinity, was evident in the coastal waters of Jeju Island during the summer. During winter, zooplankton abundance was significantly higher than in the summer, with dominance by copepods, ostracods, siphonophorans, appendicularians, and nauplii. In both seasons, copepods represented >70% of the total zooplankton population. Calanus sinicus, a large calanoid copepod, was dominant in near the coast, and that may be associated with the intrusion of low salinity water (i.e., the Changjiang Diluted Water) along the coast. The abundance of P. parvus s.l. and A. omorii, known as neritic copepods, was mainly associated with the Korea Southern Coastal Water. Foraminiferans, Ostracods, O. plumifera, and P. aculeatus were concentrated in the southeastern water off Jeju Island during both seasons; showing their association with the Tsushima Current, which is characterized warm, high salinity water. Our results suggest that the distribution, abundance, and species composition of zooplankton are highly influenced by different water masses in the Korea Strait.
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문제 정의
본 연구의 목적은 대한해협 및 남해에서 2월과 7월의 동물플랑크톤 군집 구조와 공간적 분포 특성을 이해하는 것이다. 이를 위해 해역의 수리학적인 수괴 특성을 파악하고, 이를 동물플랑크톤의 집괴분석 결과와 비교·분석하였다.
제안 방법
Calanoid 요각류 가운데 점유율 0.1% 이상과 출현빈도 30% 이상을 동시에 만족시키는 주요종을 대상으로 정준대응분석을 실시하여 환경요인과의 상관성과 분포양상을 파악하였다. 2월과 7월의 분석 결과를 살펴보면(Fig.
엽록소-a 농도를 측정하기 위한 해수 채수는 로젯멀티 샘플러(Rosette Multisampler)에 부착된 Niskin 채수기를 이용하였고, 각 정점의 수심 정도에 따라 0, 5, 10, 20, 30, 50, 75, 100 m와 Bottom을 기준으로 채수하였다. 각 수심에서 채수된 해수의 1-3 l를 선상에서 GF/F 필터지(47 mm Whatman glass fiber filters)로 여과하여, 15 ml tube에 넣어 냉동 보관하였고, 실험실에서 90% 아세톤 10 ml를 주입하여 24시간 동안 냉암소에서 색소를 추출한 후에 3000 rpm으로 5분간 원심 분리시켜 상등액을 취하여 형광 광도계(Turner designs 10-AU)를 사용하여 측정하였다(Parsons et al. 1984).
kr/sois/)에서 제공하는 자료를 사용하였으며, 이 자료는 NOAA의 AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) 위성자료를 바탕으로 분석되었다. 각 조사 정점의 수온과 염분의 수직 프로파일은 SBE 911plus CTD(Sea-Bird Electronics)를 이용하여 측정하였고, 수심과 좌표(위도, 경도)는 조사선에 장착된 장비로부터 수집하였다. 엽록소-a 농도를 측정하기 위한 해수 채수는 로젯멀티 샘플러(Rosette Multisampler)에 부착된 Niskin 채수기를 이용하였고, 각 정점의 수심 정도에 따라 0, 5, 10, 20, 30, 50, 75, 100 m와 Bottom을 기준으로 채수하였다.
동물플랑크톤 채집은 표준형 네트(망구 60 cm, 망목 200 µm)를 이용하여 바닥 5 m 위에서 표층까지 주야 구분 없이 0.5-1 m s−1 의 속도로 수직 예인하였다.
0)를 이용하여 독립표본 t 검정(two independent samples t-test)를 수행하였다. 동물플랑크톤 출현양상의 유사도를 파악하기 위해 Bary-Curtis의 유사도지수를 근거로 비가중 산술평균(UPGMA)에 의한 dendrogram을 작성한 후, 계층적 군집방법(Hierarchica clustering)으로 집괴분석(cluster analysis)을 하였다. 집괴분석은 Clarke and Gorley (2006)의 매뉴얼을 참고하여 PRIMER(version 6.
동물플랑크톤의 출현 개체수에 근거한 Bray-Curtis 유사도 지수 자료를 이용하여 집괴분석을 실시하였다(Fig. 9). 그 결과, 유사도 지수 60% 수준에서 조사정점들은 2월과 7월에 각각 3개 Group으로 구분되었다.
이를 위해 해역의 수리학적인 수괴 특성을 파악하고, 이를 동물플랑크톤의 집괴분석 결과와 비교·분석하였다. 또한, 정준대응분석(Canonical Correspondence Analysis: CCA)을 통하여 수괴의 변화에 민감하게 반응하는 calanoid 요각류의 연안종(neritic species)과 외양성 난류종(oceanic warm-water species)의 분포 양상과 환경요인들과의 상관성을 이해하였다.
실험실에서 우점종의 개체수가 200개체 이상 계수될 정도의 시료를 취하여 Bogorove 계수판에서 해부현미경(Zeiss Stemi SV11)과 광학현미경(Zeiss Axioskop) 하에서 동정 및 계수하여 단위체적 당 개체수(indiv. m−3 )로 환산하였다.
각 조사 정점의 수온과 염분의 수직 프로파일은 SBE 911plus CTD(Sea-Bird Electronics)를 이용하여 측정하였고, 수심과 좌표(위도, 경도)는 조사선에 장착된 장비로부터 수집하였다. 엽록소-a 농도를 측정하기 위한 해수 채수는 로젯멀티 샘플러(Rosette Multisampler)에 부착된 Niskin 채수기를 이용하였고, 각 정점의 수심 정도에 따라 0, 5, 10, 20, 30, 50, 75, 100 m와 Bottom을 기준으로 채수하였다. 각 수심에서 채수된 해수의 1-3 l를 선상에서 GF/F 필터지(47 mm Whatman glass fiber filters)로 여과하여, 15 ml tube에 넣어 냉동 보관하였고, 실험실에서 90% 아세톤 10 ml를 주입하여 24시간 동안 냉암소에서 색소를 추출한 후에 3000 rpm으로 5분간 원심 분리시켜 상등액을 취하여 형광 광도계(Turner designs 10-AU)를 사용하여 측정하였다(Parsons et al.
이를 위해 해역의 수리학적인 수괴 특성을 파악하고, 이를 동물플랑크톤의 집괴분석 결과와 비교·분석하였다.
채집된 시료는 선상에서 즉시 중성포르말린으로 최종 농도가 5%가 되도록 고정하여 실험실로 운반하였다. 정량분석을 위해 네트 입구에 유량계(Hydro-Bios model 438115)를 부 착하여 여과된 해수량을 측정하였다. 실험실에서 우점종의 개체수가 200개체 이상 계수될 정도의 시료를 취하여 Bogorove 계수판에서 해부현미경(Zeiss Stemi SV11)과 광학현미경(Zeiss Axioskop) 하에서 동정 및 계수하여 단위체적 당 개체수(indiv.
정준대응분석에 사용된 calanoid 요각류는 소수출현종에 의한 분석의 과대평가를 낮추기 위해 점유율 >0.1%, 출현빈도 >30%을 동시에 만족시키는 종들 만을 대상으로 분석하였다.
대상 데이터
NOAA/AVHRR로부터 분석된 조사해역 표층 수온의 주간 평균 자료를 Fig. 2에 나타내었으며, 분석된 자료에는 2월과 7월의 조사기간이 포함되어 있다.
대한해협 권역에서 조사기간이 포함된 표층수온(SST)의 주간 평균 자료는 국립수산과학원(NFRDA)의 위성해양정보시스템(http://portal.nfrdi.re.kr/sois/)에서 제공하는 자료를 사용하였으며, 이 자료는 NOAA의 AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) 위성자료를 바탕으로 분석되었다. 각 조사 정점의 수온과 염분의 수직 프로파일은 SBE 911plus CTD(Sea-Bird Electronics)를 이용하여 측정하였고, 수심과 좌표(위도, 경도)는 조사선에 장착된 장비로부터 수집하였다.
대한해협을 포함한 남해권역에 대한 동물플랑크톤의 조사는 겨울철(2009년 2월 10-12일)과 여름철(2009년 7월 16-18일)에 해양조사선 이어도호(R/V Eardo)를 이용하여 부산 외양의 대한해협 상단에서 배타적 경제수역(Exclusive Economic Zone; EEZ)의 경계선을 따라 제주도 남동 해역으로 이어지는 라인(St. 1-4), 제주도 동쪽의 남단에서 북단으로 연결되는 라인(St. 5-7), 보길도 인근해역에서 남해 연안을 따라 거제도 외해역까지 이어지는 라인(St. 8-10) 등 총 10개 정점에서 수행하였다(Fig. 1). 각 조사정점에 대한 위치, 조사일 및 시간, 수심 정보는 Table 1에 나타냈다.
데이터처리
m−3 이상으로 주요 분류군이였으며, 이 중 요각류만이 두 조사월간에 유의한 차이(two independent samples t-test, p<0.05)를 보인 것으로 분석되었다.
또한, 환경요인 중 수온과 염분자료는 수층의 평균값을 사용하였으며, 엽록소-a는 각 수심에서 측정된 값을 적분하여 수층의 대표값으로 사용하였다. 독립표본 t 검정, 집괴분석, 정준대응분석에 사용된 모든 자료는 정규분포 가정을 만족시키기 위해 loge(x+1)로 변환하여 분석하였다.
동물플랑크톤 군집의 생태환경을 비교 분석하기 위한 군집지수로 Shannon and Weaver(1963)의 종 다양성 지수 (H’)를 구하였다. 동물플랑크톤의 종조성과 출현 개체수에 대한 조사월간의 유의한 차이를 검정하기 위하여 통계 패키지 SPSS(version12.0)를 이용하여 독립표본 t 검정(two independent samples t-test)를 수행하였다. 동물플랑크톤 출현양상의 유사도를 파악하기 위해 Bary-Curtis의 유사도지수를 근거로 비가중 산술평균(UPGMA)에 의한 dendrogram을 작성한 후, 계층적 군집방법(Hierarchica clustering)으로 집괴분석(cluster analysis)을 하였다.
수괴의 특성을 파악하기 위하여 수온과 염분의 수층 평균 자료를 이용하여 T-S diagram을 작성하였다(Fig. 4) 2월의 모든 조사정점은 저수온(34.0 PSU)의 특징으로 7월과 뚜렷이 구분되었다. 2월의 경우 제주도 남동쪽 외해역(St3-5)이 고수온(>16.
정준대응분석(Canonical Correspondence Analysis: CCA)은 CANOCO(CANOnical Community Ordination)프로그램(version 4.5; Ter Braak and Šmilauer 2002)을 이용하여 환경요인(수온, 염분, 수심, 엽록소-a)과 calanoid 요각류와의 상호 연관성을 파악하였다.
이론/모형
동물플랑크톤 군집의 생태환경을 비교 분석하기 위한 군집지수로 Shannon and Weaver(1963)의 종 다양성 지수 (H’)를 구하였다.
동물플랑크톤 출현양상의 유사도를 파악하기 위해 Bary-Curtis의 유사도지수를 근거로 비가중 산술평균(UPGMA)에 의한 dendrogram을 작성한 후, 계층적 군집방법(Hierarchica clustering)으로 집괴분석(cluster analysis)을 하였다. 집괴분석은 Clarke and Gorley (2006)의 매뉴얼을 참고하여 PRIMER(version 6.1.6) 프로그램을 이용하여 수행하였다. 정준대응분석(Canonical Correspondence Analysis: CCA)은 CANOCO(CANOnical Community Ordination)프로그램(version 4.
성능/효과
요각류 군집 중 calanoid 요각류는 수괴 변화에 매우 민감하게 반응하며, 외양성 난류종의 경우 고수온, 고염분의 수괴를 선호하여 출현하는 것으로 알려져 있다(강 1992; Kang and Hong 1995). 2월과 7월, calanoid 요각류의 주요종에 대한 정준대응분석에서 외양성 난류종은 수온 및 염분은 양(+)의 상관성을 보였으며, 다른 해역에 보다는 제주도 남동쪽 외해역(St 3-5)에서 집중적으로 출현하였다. 또한, 본 조사에서 출현한 외양성 난류종들 가운데 C.
2월과 7월, 두 조사월 동안에 출현한 요각류는 calanoids 51종, cyclopods 4종, harpacticoids 2종, poecilostomatoids 10종 등을 포함하여 총 34속 67종으로 동정되었다(Table 3). 요각류의 출현종 가운데 Paracalanus parvus s.
1% 이상과 출현빈도 30% 이상을 동시에 만족시키는 주요종을 대상으로 정준대응분석을 실시하여 환경요인과의 상관성과 분포양상을 파악하였다. 2월과 7월의 분석 결과를 살펴보면(Fig. 10), 제 1, 2축의 전체 자료 분산에 대한 누적 기여율은 2월과 7월에 각각 75.3%와 76.5%를 나타냈고 또한, 제 1, 2축에서 4개의 환경요인(수온, 염분, 수심, 엽록소-a)이 2월과 7월에 출현한 calanoid 요각류 변화의 92.4%를 설명하였다(Table 5). 일부 정점(St 6, 7)에서 출현종과의 분포 양상에서 2월과 7월간에 다소간의 차이를 보이지만 전반적으로 유사한 분석결과를 나타냈다.
일부 정점(St 6, 7)에서 출현종과의 분포 양상에서 2월과 7월간에 다소간의 차이를 보이지만 전반적으로 유사한 분석결과를 나타냈다. 2월과 7월의 분석결과에서 P. parvus s.l., C. sinicus, A. omorii, Centropages abdominalis 등은 제 1축을 기준으로 오른쪽에 위치하여 왼쪽에 위치한 나머지 종들과 분포 양상에서 대조를 보였다. 이 4종은 외양역보다는 연안 해역에서 상대적으로 높은 개체수를 보이는 연안종으로(문 등 2010), 2월과 7월에 공통적으로 대마도 인근 해역(St1, 2)와 남해 연안해역(St8-10)에 주로 출현하였다.
8에 나타냈다. C. sinicus의 개체수는 2월에 비해 7월에 유의하게 높았으며, 반대로 Ctenocalanus vanus, O. plumifera, O. similis, P. aculeatus 등은 7월에 비해 2월에 유의하게 높은 것으로 나타났다. 그러나 A.
Group A에서 수층의 평균 수온과 염분은 각각 16.2℃와 34.5 PSU로 Group B(14.8℃, 34.4 PSU)와 Group C(12.0℃, 34.2 PSU)에 비해 고수온, 고염분의 환경을 나타냈고, 출현종수와 다양도 지수도 Group B와 Group C에서 보다 Group A에서 상대적으로 높았다(Table 4).
7로 나머지 두 Group과 큰 차이를 보였다(Table 4). Group A와 Group B에서는 연안종 P. parvus s.l.가 각각 54%와 68%의 점유율로 가장 우점하였고, 이 외에도 연안종 C. sinicus(Group A)와 A. omorii(Group B)가 10% 이상의 점유율을 차지하였다. 반면에 Group C의 경우 17%의 점유율을 보인 유공충이 가장 우점하였고, Group A와 Group B에서는 출현하지 않거나 낮은 점유율을 보였던 미충류(15%), 패충류(8%), P.
결론적으로 2월과 7월의 대한해협에는 대마 난류, 장강희석수, 남해 연안수 등을 지시하는 수괴가 관찰되었으며, 동물플랑크톤의 군집 구조와 분포 특성은 수괴 특성의 영향을 강하게 받은 것으로 판단되었다.
aculeatus 등은 7월에 비해 2월에 유의하게 높은 것으로 나타났다. 그러나 A. omorii, C. affinis, E. plana, Oncaea venusta, 그리고 최우점종이 였던 P. parvus s.l., 등의 개체수는 두 조사월 간에 유의한 차이를 보이지 않았다.
2006). 따라서 calanoid 요각류에 대한 정준 대응분석의 결과, 위에서 언급한 유공충 및 패충류의 출현 양상, 관측된 수온 및 염분의 분포 양상, 그리고 선행 연구를 종합적으로 고찰해 보면, 2월과 7월의 조사해역 가운데 제주도 남동쪽 외해역에 대마 난류가 상대적으로 강하게 영향을 미친 것으로 여겨진다.
이 40% 이상으로 우점하였다. 또한, Group A에서는 외양해역에서 주로 관찰되는 유공충(10%), 패충류(9%), P. aculeatus(6%) 등도 비교적 높은 점유율을 차지하여 우점종의 출현양상에서 Group B 및 Group C와 큰 차이를 보였다.
omorii(Group B)가 10% 이상의 점유율을 차지하였다. 반면에 Group C의 경우 17%의 점유율을 보인 유공충이 가장 우점하였고, Group A와 Group B에서는 출현하지 않거나 낮은 점유율을 보였던 미충류(15%), 패충류(8%), P. aculeatus(5%) 등도 높은 점유율을 보여 두 Group과는 다른 양상을 보였다.
수온과 염분의 측정 결과에서 2월(겨울)과 7월(여름)에 조사해역 가운데 제주도 남동쪽 외해역(St3-5)에서 다른 해역에 비해 고수온, 고염분의 수괴가 관찰되어 대마 난류의 유입을 시사하였다. 대한해협으로 유입되는 대마 난류의 세기는 계절적으로 가을철에 가장 강하고 겨울철에 가장 약한 것으로 보고되어 있다(Teague et al.
요각류가 2월과 7월에 각각 78.6%와 73.1%의 평균 점유율을 차지하여 동물플랑크톤 분류군 가운데 가장 우점하였다. 고수온, 고염분의 수괴특성을 보였던 제주도 남동쪽 외해역(St3-5)에서 요각류의 점유율은 나머지 정점들에 비해 상대적으로 낮았으며, 이러한 경향은 이 정점들(St3- 5)에서 50% 이하의 점유율을 보였던 7월에 더욱 뚜렷하였다(Fig.
2월과 7월, 두 조사월 동안에 출현한 요각류는 calanoids 51종, cyclopods 4종, harpacticoids 2종, poecilostomatoids 10종 등을 포함하여 총 34속 67종으로 동정되었다(Table 3). 요각류의 출현종 가운데 Paracalanus parvus s.l.과 Oithona similis는 2월과 7월에 모든 조사정점에서 출현하였고(출현빈도 100%), Euchaeta plana는 7월에만 모든 조사정점에서 출현하였다. 평균 점유율이 3% 이상인 요각류의 우점종에 대해 살펴보면, 2월에는 P.
조사해역에서 출현한 동물플랑크톤의 출현종수는 두 조사월에서 제주도 남동쪽 외해역(St3-5)에서 45종 이상으로 높았으며, Shannon-Weaver의 다양도 지수 또한 이 해역에서 2.5 이상으로 다른 정점들과 큰 차이를 보였다 (Fig. 6).
평균 점유율이 3% 이상인 요각류의 우점종에 대해 살펴보면, 2월에는 P. parvus s.l. (51.0%), O. similis(16.8%), Oithona plumifera(8.4%), Acartia omorii(5.7%), Paracalanus aculeatus(5.2%), Corycaeus affinis(4.5%) 등이였다.
후속연구
sinicus의 유입 가능성을 전혀 배제할 수 없다. 결국, 위에서 언급한 해역(Group A; St1, 2, 6, 7, 8)을 중심으로 저염분의 특성을 가진 장강 희석수가 여름철에 영향을 미친 것은 분명하지만, 장강 희석수에 의한 C. sinicus 의 유입 여부는 본 조사의 제한된 자료만으로는 판단하기 어려우며 동중국해, 황해 남단, 제주도 인근해역에 대한 해수 흐름의 특성과 C. sinicus의 분포 양상을 종합적으로 파악하여야만 가능할 것으로 사료된다.
전 지구적인 기후 변화의 상황에서, 여러 해양생태계에서 수온, 염분과 같은 물리적인 요인들의 급격한 변화가 예상되며(Chen and Folt 2002), 이러한 변화는 고유한 수괴에도 변화의 가능성을 암시한다. 이러한 맥락에서 수괴와 관련된 동물플랑크톤의 계절적인 변동 특성에 대한 연구는 현재 해양생태계의 상태에 대한 심도 깊은 이해를 제공할 수 있으며, 향후 전 지구적 또는 특정 해역에 대한 기후변화 및 해양환경 변화와 관련된 예측에 도움이 되는 자료로 이용될 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
동물플랑크톤은 어떤 역할을 담당하는가?
동물플랑크톤은 기초생산자인 식물플랑크톤을 섭식하여 보다 상위영양 소비자에 속하는 어류, 해파리 등에 에너지를 전달함으로써 해양생태계를 유지하는 중요한 중간고리 역할을 담당하고 있다. 운동 능력이 제한적인 동물플랑크톤의 분포 양상, 개체수 변동, 종 천이 등은 계절에 따른 수괴의 변화에 매우 민감하게 반응한다(Uye et al.
7월 제주도 동쪽 및 북단 해역에서 관찰 된 저염수 해역에 집중된 C. sinicus는 장강 희석 수의 주 이동경로인 동중국해 및 황해 남단에서 유입된 것으로 추정해볼 수 있는 이유는?
7월 제주도 동쪽 및 북단 해역(St6, 7)에서 수심 20 m까지 30 PSU 이하의 저염수가 관찰되었고, 이 저염수의 영향을 받은 것으로 예측되는 남해 동쪽 연안해역(St 8)과 대마도 인근 해역(St1, 2)에서도 표층(0-10 m)에서 31.5 PSU 이하의 저염분으로 다른 해역과 특징적으로 구별되었다. 저염수가 관측된 해역들은 동물플랑크톤의 집괴분석에서도 하나의 Group으로 구분되어 다른 해역과 대별되었고 특히, 요각류 C. sinicus의 평균 개체수와 점유율이 각각 42 indiv. m−3 와 10%로 다른 해역에 비해 매우 높았다. 남동풍이 우세해지는 여름철에 장강 희석수가 동중국해 해수와 혼합되어 제주도 방향으로 이동한다는 사실(Lie et al. 2003)과 본 조사와 유사한 2009년 여름철에 제주도 인근 해역까지 장강 희석수가 영향을 미쳤다는 보고(국토해양부 2009)를 고려하면, 7월에 조사해역에서 관찰된 저염수는 장강 희석수의 유입에 의한 것으로 판단된다. 따라서 저염수 해역에 집중된 C.
대마 난류는 어떤 역할을 하는가?
대한해협은 북태평양의 서부를 따라 북상하는 쿠로시오 해류(Kuroshio Current)로부터 분지되어 동중국해에서 동해로 흐르는 대마 난류(Tsushima Warm Current)에 의해 크게 지배된다. 대마 난류는 중국 연안수와 동중국해에서 혼합되어 제주도 인근 해역을 거쳐 대한해협을 통과한 후 동한 난류를 형성하며 동해로 유입됨으로써 우리나라 남, 동해에 영양염과 다양한 물질을 수송함과 더불어 해수 순환을 조절하는 중요한 역할을 한다(Moriyasu 1972; Yanagi 2002; Onitsuka et al. 2007; Morimoto et al.
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