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문제 정의
- 본 연구에서는 환경오염 지표종으로 알려져 있는 집비둘기의 생체 조직과 세척깃털 등의 중금속 축적 특성을 연구하였다. 중금속 5종(납, 카드뮴, 총크롬, 니켈, 비소)의 생체 조직 내 축적 특성을 보면, 납과 카드뮴은 나머지 3종(총크롬, 니켈, 비소)에 비해 생체 조직 내 축적이 두드러지게 높게 나타났다.
- 또한 깃털 시료도 두 지역 간에 차이를 보였다. 여기서는 지역 간에 두드러진 농도 차이를 보인 납을 대상으로 생체 조직 등과 깃털 시료 간의 상관관계를 살펴보았다. Table 1의 봄철 한강공원 집비둘기 부위 간 납 농도 상관계수를 살펴보면, 깃털 시료 중 꼬리깃(tail)이 신장(kidney) 과 상관계수 0.
- 비세척 깃털을 사용하면 체내 유입을 통한 축적과 깃털 표면에 흡착되는 총량을 모니터링할 수 있지만, 체내 생체조직(간, 신장, 뼈 등)에 축적되는 농도와 깃털의 축적농도를 서로 비교할 때는 세척된 깃털을 사용하는 것이 체내에 흡수, 축적되는 경향을 파악하는 데 유리하다. 이에 본 연구에서는 환경오염 지표종으로 알려져 있는 집비둘기의 세척깃털을 이용한 중금속 축적 특성을 생체조직(간, 신장, 뼈 등)의 축적 특성과 비교하여 파악하였고, 중금속 모니터링 시료로서 깃털 시료의 활용 가능성을 검토하였다.
제안 방법
- 6 ml 넣고, 히팅블록으로 산분해 하였다. 모래 등 광물은 테프론 용기에 시료량 0.03~0.3 g을 넣고 무게를 잰 후, 질산(2 ml)과 불산(3 ml)을 넣고, 마이크로웨이브로 산분해한 후 ICP-MS로 중금속 농도를 측정하였다.
- 깃털 샘플은 날개, 꼬리, 가슴 부위에서 채취하였다(Figure 1). 분석시간과 비용을 고려하여 깃털 전부를 분석하는 대신 특정 부위를 임의로 선택했는데, 분석 시료량을 고려하여 날개깃은 좌측, 우측 각각의 날개에서 첫째 날개깃(primaries) 4번과 5번, 둘째 날개깃(secondaries) 4번과 5번을 채취하였고, 꼬리깃(tail)은 3번과 10번을 채취하였다(Figure 1(B)). 이후 증류수(deionized water) → 아세톤 → 증류수 → 질산(2%) → 증류수 순으로 세척을 실시하였고 (Cardiel et al.
- 7 g(범위 335~353 g)이었다. 생체조직으로 간, 신장, 허파를 적출하였고, 뼈는 왼쪽다리 정강이뼈를 적출한 후 동결건조 후 분쇄하였다. 채집한 알은 썩은 알을 제외한 후 한강공원 10개와 함평공원 14개를 선택하였다.
- 중금속 분석항목은 5개로 납(Pb), 카드뮴(Cd), 총크롬(Total Cr), 니켈(Ni), 비소(As)를 대상으로 하였다. 전처리 및 기기분석은 전북대학교 공동실험 실습관에 의뢰했으며, 전처리는 마이크로웨이브 (Mars5, CEM사 , USA)와 히 팅 블 록 (HSR200,HUMAS, 한국)으로 실시하였고, 기기분석은 ICPMS(Agilent 7500A, Agilent Technologies사, Japan) 를 사용하였다. 생체조직, 깃털, 알 시료의 전처리는 15 ml 코니컬 튜브에 시료량 0.
- 집비둘기 개체 포획은 2013년 4월에 실시하였고, 알 채집은 4월 ~5월에 실시하였다. 집비둘기 포획은 둥지 내에 있는 개체를 직접 잡거나 지상에 트랩을 설치하여 포획하였다. 한강은 총 11마리를 포획하였고, 총 18개 알을 채집하였다.
대상 데이터
- 깃털 샘플은 날개, 꼬리, 가슴 부위에서 채취하였다(Figure 1). 분석시간과 비용을 고려하여 깃털 전부를 분석하는 대신 특정 부위를 임의로 선택했는데, 분석 시료량을 고려하여 날개깃은 좌측, 우측 각각의 날개에서 첫째 날개깃(primaries) 4번과 5번, 둘째 날개깃(secondaries) 4번과 5번을 채취하였고, 꼬리깃(tail)은 3번과 10번을 채취하였다(Figure 1(B)).
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II. 연구방법
연구지역은 도시지역인 서울 한강공원과 농촌지역인 함평군 함평공원을 대상으로 하였다. 집비둘기 개체 포획은 2013년 4월에 실시하였고, 알 채집은 4월 ~5월에 실시하였다.
- 중금속 분석항목은 5개로 납(Pb), 카드뮴(Cd), 총크롬(Total Cr), 니켈(Ni), 비소(As)를 대상으로 하였다. 전처리 및 기기분석은 전북대학교 공동실험 실습관에 의뢰했으며, 전처리는 마이크로웨이브 (Mars5, CEM사 , USA)와 히 팅 블 록 (HSR200,HUMAS, 한국)으로 실시하였고, 기기분석은 ICPMS(Agilent 7500A, Agilent Technologies사, Japan) 를 사용하였다.
- 연구지역은 도시지역인 서울 한강공원과 농촌지역인 함평군 함평공원을 대상으로 하였다. 집비둘기 개체 포획은 2013년 4월에 실시하였고, 알 채집은 4월 ~5월에 실시하였다. 집비둘기 포획은 둥지 내에 있는 개체를 직접 잡거나 지상에 트랩을 설치하여 포획하였다.
- 생체조직으로 간, 신장, 허파를 적출하였고, 뼈는 왼쪽다리 정강이뼈를 적출한 후 동결건조 후 분쇄하였다. 채집한 알은 썩은 알을 제외한 후 한강공원 10개와 함평공원 14개를 선택하였다. 한강공원 알 무게는 평균 14.
- 집비둘기 포획은 둥지 내에 있는 개체를 직접 잡거나 지상에 트랩을 설치하여 포획하였다. 한강은 총 11마리를 포획하였고, 총 18개 알을 채집하였다. 함평은 14마리를 포획하였고, 34개 알을 채집하였다.
- 한강은 총 11마리를 포획하였고, 총 18개 알을 채집하였다. 함평은 14마리를 포획하였고, 34개 알을 채집하였다.
- 해부를 통해 성별을 구분하여 지역별로 각각 암수 3마리씩 총 6마리를 무작위로 선택하였다. 한강공원 집비둘기 무게는 평균 312.
데이터처리
- 평균비교는 MannWhitney test로 분석하였고, 상관분석은 Spearman rank correlation coefficients를 사용하였으며, 유의성 표시는 NS(non-significant), *(p <0.05), **(p <0.01)로 하였다.
성능/효과
- 깃털이나 알은 생체조직 내에 축적된 중금속이 외부로 배출되는 경로에 해당되는데, 이들 배출요소(깃털, 알 내용물, 알 껍데기)별 총크롬 농도의 단순 산술평균농도는 한강공원에서 0.525μg/g dry basis, 함평공원에서 0.635 μg/g dry basis로 생체조직 내 평균농도에 비해 각각 2.6배와 3.1배씩 높은 수준을 보였다.
- 이러한 양상은 니켈(Ni)과 비소(As)에서도 비슷하게 나타났다(Appendix 1, Figure 3(K), (Q)). 니켈은 생체 조직 내 단순 산술평균농도 값이 모래알갱이 또는 먹이 내 농도에 비해 7/100~ 26/100 수준으로 낮았지만, 배출요소(깃털, 알 내용 물, 알 껍데기)의 단순 산술평균농도 값은 생체조직 내 평균농도에 비해 2.2배(한강공원) 또는 3.0배(함평공원)로 높은 수준을 보였다. 비소는 생체 조직 내 산술평균농도 값이 모래알갱이 또는 먹이 내 농도에 비해 2/100~57/100 수준으로 낮았지만, 배출요소의 산술평균농도 값은 생체조직 내 평균농도와 비슷한 수준(한강공원: 1.
- 0배(함평공원)로 높은 수준을 보였다. 비소는 생체 조직 내 산술평균농도 값이 모래알갱이 또는 먹이 내 농도에 비해 2/100~57/100 수준으로 낮았지만, 배출요소의 산술평균농도 값은 생체조직 내 평균농도와 비슷한 수준(한강공원: 1.0배, 함평공원: 0.9배)을 보였다. 하지만 카드뮴의 경우는 생체조직 내 단순 산술평균 농도가 한강공원에서 2.
- 깃털 중에서는 꼬리깃과 날개깃이 각각 신장 및 뼈 조직의 납 농도와 높은 양의 상관관계를 보였다. 이상의 결과로 볼 때, 중금속 배출경로 요소 중 하나인 깃털로 축적되는 납 농도는 다른 요소(예:알)에 비해 상대적으로 높고, 환경 오염요소(대기, 토양, 먹이 등) 내 납 농도가 서로 차이나는 지역들 내의 집비둘기의 생체 축적농도 차이를 깃털이 어느 정도 반영할 가능성이 있을 것으로 판단된다. 다만, 부위별 깃털(날개, 꼬리, 가슴)과 생체조직(신장, 뼈 등)과의 상관관계에서 나타나는 차이는 부위별 깃털의 털갈이 시기 및 순서 등의 차이와 관련이 있을 것으로 추측되기 때문에 향후 털갈이 시기 및 순서에 따른 중금속 축적농도 패턴 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 이들 개별 환경 요인(대기, 토양, 먹이)의 납 농도는 서울지역이 대체로 높은 값을 보였지만 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않은데 반해, 집비둘기 생체 조직(internal organs)과 깃털 내 납 축적 농도는 지역 간에 두드러진 차이를 보였다(Figure 2(E), (F)). 이상의 결과로 볼 때, 지역 간에 대기, 토양, 먹이 등의 개별 환경요소 내 납 농도 차이는 적더라도 장기간에 걸쳐 생체 내로 유입, 축적되는 과정을 통해 생체조직 내 납 농도가 지역 간에 뚜렷한 축적농도 차이를 보일 수 있고, 배출경로인 깃털에서도 그러한 경향이 반영될 수 있음을 의미한다고 판단된다.
- 이에 본 연구에서 분석된 집비둘기의 납에 대한 노출은 저농도로 장시간 이루어진 것으로 판단되며, 이러한 축적 특성으로 인해 허파· 간과 깃털 간의 납 농도의 상관관계가 낮은 것으로 추측된다.
- 중금속 5종(Pb, Cd, Total Cr, Ni, As)의 생체 조직(internal organs) 내 축적 특성을 보면, 납(Pb)과 카드뮴(Cd)은 나머지 3종(Total Cr, Ni, As)에 비해 생체 조직(internal organs) 내 축적이 두드러지게 높게 나타났다(Figure 2(E), (K); Figure 3(E), (K), (Q); Appendix 1). 납은 5개 조직 중 뼈(bone)(한강 공원: 평균 16.
- 본 연구에서는 환경오염 지표종으로 알려져 있는 집비둘기의 생체 조직과 세척깃털 등의 중금속 축적 특성을 연구하였다. 중금속 5종(납, 카드뮴, 총크롬, 니켈, 비소)의 생체 조직 내 축적 특성을 보면, 납과 카드뮴은 나머지 3종(총크롬, 니켈, 비소)에 비해 생체 조직 내 축적이 두드러지게 높게 나타났다. 특히, 납은 다른 중금속에 비해 지역 간 비교에서도 두드러진 농도 차이를 보였는데, 뼈, 간, 혈액에서 통계적으로 유의하게 농촌지역인 함평공원보다 도시지역인 한강공원이 높은 농도를 보였다.
- 이로 인해 생장기간 동안만 축적이 이루어지는 깃털과 납 농도 상관관계가 높지 않을 수 있다. 집비둘기가 알에서 부화한 후 살아가는 동안 중금속 등의 물질들이 끊임없이 유입되지만, 납의 경우 허파, 간에 저농도로 축적되는 경향을 본 연구에서는 보였고, 이에 비해 깃털은 깃털 생장시기라는 제한된 기간에 납이 유입되었지만, 그 농도가 허파, 간으로 유입된 납 농도에 비해 상대적으로 높았다. 또한 납에 단시간 동안 고농도로 노출될 때에는 우선 간 조직의납 농도가 높아지지만 저농도로 장시간 노출될 때는 간보다는 신장이나 뼈에 상대적으로 높은 농도로 납이 축적된다고 알려져 있다(Shin et al.
- 총크롬(Total Cr)의 생체 조직(internal organs) 내 5개 부위(혈액, 폐, 간, 신장, 뼈)별 농도의 단순 산술평균농도는 한강공원에서 0.200 μg/g dry basis, 함평공원에서 0.207 μg/g dry basis로 모래주머니 내 모래알갱이 농도에 비해 각각 11/100과 4/100 수준으로 낮았고, 모이주머니 내 먹이 농도에 비해서는 각각 29/100과 60/100 수준으로 낮았다(Appendix 1, Figure 3(E)).
- 중금속 5종(납, 카드뮴, 총크롬, 니켈, 비소)의 생체 조직 내 축적 특성을 보면, 납과 카드뮴은 나머지 3종(총크롬, 니켈, 비소)에 비해 생체 조직 내 축적이 두드러지게 높게 나타났다. 특히, 납은 다른 중금속에 비해 지역 간 비교에서도 두드러진 농도 차이를 보였는데, 뼈, 간, 혈액에서 통계적으로 유의하게 농촌지역인 함평공원보다 도시지역인 한강공원이 높은 농도를 보였다. 이러한 경향은 깃털에 서도 나타났다.
후속연구
- 이상의 결과로 볼 때, 중금속 배출경로 요소 중 하나인 깃털로 축적되는 납 농도는 다른 요소(예:알)에 비해 상대적으로 높고, 환경 오염요소(대기, 토양, 먹이 등) 내 납 농도가 서로 차이나는 지역들 내의 집비둘기의 생체 축적농도 차이를 깃털이 어느 정도 반영할 가능성이 있을 것으로 판단된다. 다만, 부위별 깃털(날개, 꼬리, 가슴)과 생체조직(신장, 뼈 등)과의 상관관계에서 나타나는 차이는 부위별 깃털의 털갈이 시기 및 순서 등의 차이와 관련이 있을 것으로 추측되기 때문에 향후 털갈이 시기 및 순서에 따른 중금속 축적농도 패턴 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 이에 비해 가슴깃(breast)은 통계적 으로 유의하지는 않지만, 신장이나 뼈와 음의 상관을 보였고, 좌측 날개깃(left wing)은 통계적으로 유의하지 않은 낮은 양의 상관을 보였다. 이러한 부위별 깃털(날개, 꼬리, 가슴)과 생체조직(신장, 뼈 등)과의 상관관계에서 나타나는 차이는 부위별 깃털의 털갈이 시기 및 순서 등의 차이와 관련이 있을 것으로 추측되나(Dauwe et al., 2003), 이를 좀 더 상세히 고찰하기 위해서는 본 연구에서 취한 부분 샘플링(첫째 및 둘째 날개깃 각각 4번과 5번, 꼬리깃 3번과 10번) 이 아닌 전체 날개깃 및 꼬리깃 샘플링 및 농도분석 연구를 향후에 추가하여 고찰하는 작업이 필요할 것으로 판단된다.
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