알루미늄은 폐광산 침출수, 산업폐수, 생활하수 등을 통해 수계로 유입되어 수생생물에 농축되고 독성을 유발할 수 있다. 최근 다양한 수생생물에서 알루미늄의 독성에 관한 보고가 증가하고 있지만 오염현황 및 생태독성에 대한 연구가 많이 이뤄지지 않았다. 본 소고에서는 수서무척추동물, 어류, 양서류에서 알루미늄의 독성자료를 고찰함으로써 잔류량 가이드라인 설정의 필요성과 알루미늄의 수생태독성 분석전략을 제언하고자 하였다. 다양한 형태의 알루미늄화합물이 수생동물에서 1차적으로 아가미기능을 방해하여 생존을 위협하고 세포독성, 유전독성, 산화적스트레스, 내분비계교란, 생식교란, 대사교란, 항상성교란 등의 독성효과가 있는 것으로 확인되었다. 특히, 산성조건에서 환경잔류농도 수준의 알루미늄 화합물은 어류에서 호르몬농도 변화를 유발하였다. 알루미늄은 산성 및 염기성 조건에서 용해도가 증가하기 때문에 국내의 폐광산 인근의 산성 수계 뿐 아니라 조류 대발생에 의해 pH가 상승하는 호수나 강에서도 알루미늄의 독성효과가 나타날 것으로 사료된다.
알루미늄은 폐광산 침출수, 산업폐수, 생활하수 등을 통해 수계로 유입되어 수생생물에 농축되고 독성을 유발할 수 있다. 최근 다양한 수생생물에서 알루미늄의 독성에 관한 보고가 증가하고 있지만 오염현황 및 생태독성에 대한 연구가 많이 이뤄지지 않았다. 본 소고에서는 수서무척추동물, 어류, 양서류에서 알루미늄의 독성자료를 고찰함으로써 잔류량 가이드라인 설정의 필요성과 알루미늄의 수생태독성 분석전략을 제언하고자 하였다. 다양한 형태의 알루미늄화합물이 수생동물에서 1차적으로 아가미기능을 방해하여 생존을 위협하고 세포독성, 유전독성, 산화적스트레스, 내분비계교란, 생식교란, 대사교란, 항상성교란 등의 독성효과가 있는 것으로 확인되었다. 특히, 산성조건에서 환경잔류농도 수준의 알루미늄 화합물은 어류에서 호르몬농도 변화를 유발하였다. 알루미늄은 산성 및 염기성 조건에서 용해도가 증가하기 때문에 국내의 폐광산 인근의 산성 수계 뿐 아니라 조류 대발생에 의해 pH가 상승하는 호수나 강에서도 알루미늄의 독성효과가 나타날 것으로 사료된다.
Aluminum flows into the river from the abandoned mine leachate, industrial wastewater, and sewage and is responsible for acute toxicity in aquatic organisms. Recently, the number of reports have indicated the increased toxicity in a variety of aquatic organisms' due to the aluminum toxicity. In this...
Aluminum flows into the river from the abandoned mine leachate, industrial wastewater, and sewage and is responsible for acute toxicity in aquatic organisms. Recently, the number of reports have indicated the increased toxicity in a variety of aquatic organisms' due to the aluminum toxicity. In this study, we reviewed the toxicity of aluminum on aquatic invertebrates, fishes and amphibians and suggested the guideline for management of aluminum residues in aquatic environment and strategies for aluminum toxicity evaluation. In aquatic animals aluminum complexes evoke gill dysfunction primarily, the cytotoxicity, genotoxicity, oxidative stress, disruption of endocrine function, reproductive success, metabolism and homeostasis. Notably, at environmentally relevant concentration, aluminum complex can alter the hormone levels in fish in acidic condition. Further, since the solubility of aluminum is higher in the acidic and basic conditions, thus it is likely that the toxic effects of aluminum may not only occur in acidic water near the abandoned mines but also in lakes and rivers, where pH is raised by algal bloom.
Aluminum flows into the river from the abandoned mine leachate, industrial wastewater, and sewage and is responsible for acute toxicity in aquatic organisms. Recently, the number of reports have indicated the increased toxicity in a variety of aquatic organisms' due to the aluminum toxicity. In this study, we reviewed the toxicity of aluminum on aquatic invertebrates, fishes and amphibians and suggested the guideline for management of aluminum residues in aquatic environment and strategies for aluminum toxicity evaluation. In aquatic animals aluminum complexes evoke gill dysfunction primarily, the cytotoxicity, genotoxicity, oxidative stress, disruption of endocrine function, reproductive success, metabolism and homeostasis. Notably, at environmentally relevant concentration, aluminum complex can alter the hormone levels in fish in acidic condition. Further, since the solubility of aluminum is higher in the acidic and basic conditions, thus it is likely that the toxic effects of aluminum may not only occur in acidic water near the abandoned mines but also in lakes and rivers, where pH is raised by algal bloom.
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문제 정의
최근 다양한 수생생물에서 알루미늄의 독성에 관한 보고가 증가하고 있지만 오염현황 및 생태독성에 대한 연구가 많이 이뤄지지 않았다. 본 소고에서는 수서무척추동물, 어류, 양서류에서 알루미늄의 독성자료를 고찰함으로써 잔류량 가이드라인 설정의 필요성과 알루미늄의 수생태독성 분석전략을 제언하고자 하였다. 다양한 형태의 알루미늄화합물이 수생동물에서 1차적으로 아가미기능을 방해하여 생존을 위협하고 세포독성, 유전독성, 산화적스트레스, 내분비계교란, 생식교란, 대사 교란, 항상성교란 등의 독성효과가 있는 것으로 확인되었다.
최근에 들어 다양한 수생생물을 이용한 알루미늄의 급성, 내분비계, 유전, 세포, 생식 독성에 관한 보고가 증가하고 있으며, 현재까지 보고된 사례들을 통해 수서무척추동물부터 양서류와 같은 수생고등척추동물에 알루미늄이 미치는 영향을 정리함으로써 향후 알루미늄 생태독성연구의 방향을 설정하기 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 본 소고에서는 현재까지 수생동물을 대상으로 독성평가가 수행된 바 있는 염화알루미늄(aluminium chloride; AlCl3), 황산알루미늄(aluminium sulfate; Al2(SO4)3), 불화알루미늄(aluminium fluoride; AlF3), 질산알루미늄(aluminium nitrate; Al(NO3)3)등의 알루미늄화합물을 대상으로 연구결과들을 정리하였다.
하천수에서 음용수에 이르기까지 다양한 농도로 검출되는 알루미늄이 사람뿐만 아니라 수생태계에 미치는 영향을 추측하기에는 현재까지 충분한 연구가 이루어지지 않았다. 최근에 들어 다양한 수생생물을 이용한 알루미늄의 급성, 내분비계, 유전, 세포, 생식 독성에 관한 보고가 증가하고 있으며, 현재까지 보고된 사례들을 통해 수서무척추동물부터 양서류와 같은 수생고등척추동물에 알루미늄이 미치는 영향을 정리함으로써 향후 알루미늄 생태독성연구의 방향을 설정하기 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 본 소고에서는 현재까지 수생동물을 대상으로 독성평가가 수행된 바 있는 염화알루미늄(aluminium chloride; AlCl3), 황산알루미늄(aluminium sulfate; Al2(SO4)3), 불화알루미늄(aluminium fluoride; AlF3), 질산알루미늄(aluminium nitrate; Al(NO3)3)등의 알루미늄화합물을 대상으로 연구결과들을 정리하였다.
제안 방법
알루미늄의 독성평가에 사용되는 모델생물은 수계에 서식하는 다양한 분류군의 생물들을 사용할 수 있다. 분류군에 따라 알루미늄에 대한 내성이 다를 뿐 아니라, 동일분류군 내에서도 종에 따라 알루미늄에 대한 내성이 다름을 확인하였다. 따라서 알루미늄에 대한 독성평가 수행 시 가능한 다양한 수생동물 분류군을 검토해야 하며, 한 분류군 내에서도 민감도 비교평가가 이뤄져야 할 것이다.
성능/효과
European common frog(Rana temporaria)유생에 pH 4.4 조건에서 0.8 mg L-1, 1.6 mg L-1 염화알루미늄 처리시 체중이 감소하였고, 모든 pH 구간에서 변태가 지연되었다. 0.
Mexico에 있는 Aguascalientes주의 San Pedro River을 따라 38개 지점을 지정하여 2005, 2006년에 갈수기와 우기에 강물을 채취하여 atomic absorption 방법으로 알루미늄 농도를 측정한 결과, 2005년 갈수기의 알루미늄 농도는 0.06~62.6 mg L-1, 우기의 알루미늄 농도는 0.1 ~5.85 mg L-1, 2006년 갈수기의 알루미늄 농도는 0.18 ~9.05 mg L-1, 우기의 알루미늄 농도는 0.16~7.858 mg L-1로 측정되었다. 현장 측정결과를 기반으로 갓 부화한 윤충(rotifer; Lecane quadridentata)에 염화알루미늄을 0.
Prochilus lineatus에서 20 g 내외의 개체들에 pH 5.2에서 438.0±36.3 μg L-1 황산알루미늄을 4일간 처리 시 헤모글로빈수치가 증가하였으며, 혈중 헤모글로빈(Hemoglobin)농도, 적혈구 용적(hematocrit), 적혈구(erythrocyte)수 증가 및 혈액삼투압의 감소와 아가미에서 Na+/K+-ATPase 활성이 감소하였다.
pH 5.7에서 낮은 농도인 0.5±0.1 μg mL-1 황산알루미늄을 처리 시 생식소 지질 증가 및간 지질 감소 뿐 아니라 남성호르몬 전구체인 17α-hydroxyprogesterone(17α-OHP)의 혈중농도가 감소하였다.
2 mg L-1)에 북유럽산 흰송어(European cisco; Coregonus albula)를 노출시켰을 때, 암컷의 산란율은 각 실험군에서 81%, 36%, 14%, 61%, 25%로 나타났고, 수컷 정소퇴화가 관찰되었다. pH가 낮고, 알루미늄 농도가 높을수록 개체폐사율이 증가하고 성장율은 감소하였다. pH 4.
경골어강의 유럽산 로치(Rutilus rutilus), 대서양 연어(Atlantic salmon), 연준모치(Phoxinus phoxinus), 유럽산 퍼치(Perca fluviatilis)각각에 대해 pH 5.17에서 402±6 μg L-1 질산알루미늄을 처리한 결과, 모든 종에서 유영능력이 저하되었다.
본 소고에서는 수서무척추동물, 어류, 양서류에서 알루미늄의 독성자료를 고찰함으로써 잔류량 가이드라인 설정의 필요성과 알루미늄의 수생태독성 분석전략을 제언하고자 하였다. 다양한 형태의 알루미늄화합물이 수생동물에서 1차적으로 아가미기능을 방해하여 생존을 위협하고 세포독성, 유전독성, 산화적스트레스, 내분비계교란, 생식교란, 대사 교란, 항상성교란 등의 독성효과가 있는 것으로 확인되었다. 특히, 산성조건에서 환경잔류농도 수준의 알루미늄 화합물은 어류에서 호르몬농도 변화를 유발하였다.
다양한 형태의 알루미늄화합물이 수생동물의 아가미 기능을 교란함으로써 생존력을 감소시키는 급성 독성효과를 가지며 세포독성, 유전독성, 산화스트레스 유발, 내분비계교란, 생식교란, 대사교란, 항상성교란 등의 영향을 미치는 것으로 확인되었다(Fig. 1). 환경에 잔류하는 수준의 저농도 알루미늄의 독성 유발 사례로서 산성조건에 알루미늄화합물은 어류의 내분비교란, 양서류의 성장 저해 등이 보고되었으므로 알루미늄화합물의 생태독성 평가를 위해서는 처리용액의 pH, 생물배양 온도, 시험동물의 수, 수조의 크기, 시험 기간 등에 대한 정확한 표준화가 충족되어야 한다.
대서양 연어(Salmo salar)에 50 μg L-1 염화알루미늄을 20일간 처리한 결과 유영능력이 감소하였고, 36일간 처리실험에서는 12일 경과시점부터 사료소비 감소와 체중량이 감소하였다.
대서양 연어에 8± 3 μg mL-1 염화알루미늄을 처리한 결과 아가미에 알루미늄이 축적되지 않았지만, 15±9, 30±7 μg mL-1로 3일간 처리 후 아가미에 축적된 알루미늄 농도는 133, 124 μg g-1으로 확인되었다.
25에서 50 mg L-1 황산알루미늄을 3일간 처리 시 아가미덮개 움직임이 감소하였다. 또한, pH 5.75에서 150 mg L-1 황산알루미늄 처리 시 아가미덮개 움직임 감소와 함께 비유영 개체가 증가하였다. 동일 연구에서 pH 4.
부화 후 6~8개월이 경과한 제브라피쉬(Danio rerio)에 pH 5.8과 6.8에서 치사량 수준의 염화알루미늄 50 μg L-1을 96시간 동안 처리한 결과 pH 6.8에서는 독성이 관찰되지 않았지만 pH 5.8에서 이동성(locomotor activity), 이동거리(distance traveled), 최대속도(maximum speed), 절대선회각(absolute turn angle)등이 각각 25%, 14.1%, 24%, 12.7% 감소하였고 뇌조직의 acetylcholinesterase(AChE) 활성이 증가하였다(Senger et al. 2011).
알루미늄에 의한 산화스트레스 유발연구로서 200 g 내외의 성체 잉어(Cyprinus carpio)에 0.05 mg L-1 황산알루미늄을 처리 후 12시간 경과 시 림프구(lymphocytes)의 과산화물제거효소(superoxide dismutase; SOD)활성이 감소하였고, 카탈라아제(catalase; CAT)활성은 증가하였다.
1994). 위의 연구결과들을 종합해 볼 때, 약산성(pH 5.0~6.0)조건에서 1 mg L-1 내외의 황산알루미늄은 급성독성, 내분비계교란, 대사교란, 행동이상을 유발하는 것으로 판단된다. 또한, 보다 낮은 농도(0.
유사한 연구로서, 동일한 어종의 간세포에 0, 1, 10, 50, 100 μM 농도로 5일간 처리한 결과 VTG mRNA 발현양이 농도 의존적으로 감소하였으며, VTG 단백질 발현양은 대조군에 비해 50 μM에서 48%(p⁄0.05), 100 μM에서 20%(p⁄0.01) 감소하였다.
5, 2 mg L-1 각각 불화알루미늄을 처리한 결과 삼투압조절과 이온수송에 이상, 호흡증가를 유발하였다(Herrmann and Andersson 1987). 이상의 결과들에서 약산성조건에서 0.2 mg L-1 이상의 불화알루미늄은 수생절지동물의 생존에 매우 위협적인 것으로 사료된다.
1984). 이상의 결과들은 불화알루미늄 노출이 어류에서 아가미 기능 장애와 호흡곤란을 일으키며 이온항상성 유지를 방해함을 보여준다. 이상의 기존에 보고된 불화알루미늄의 수생동물에 대한 독성효과를 Table 3에 요약하였다.
패충강(Ostracoda)에 속하는 Stenocypris major에 대한 알루미늄의 급성독성은 96 h LC50 3.01 mg L-1로 확인되었다. 이는 동일한 실험에서 확인된 구리(25.
따라서 어류에서 황산알루미늄 노출은 신경전달물질 분비 이상 및 이에 따른 산화스트레스를 증가시킴을 알 수 있다. 황산알루미늄에 의한 유전독성(genotoxicity)및 세포독성(cytotoxicity)연구로 200 g 내외의 성체 잉어(Cyprinus carpio)에 0.05 mg L-1 황산 알루미늄을 처리 후 1일 경과 시 comet assay로 분석한 림프구 DNA 손상이 증가하였다. 또한, 림프구들의 세포 분열주기 분석결과 0.
황산알루미늄의 내분비계교란효과 분석사례로 암컷 나일틸라피아(Nile tilapia; Oreochromis niloticus)에서 pH 7.1에서 0.6±0.1 μg mL-1 황산알루미늄을 4일간 처리 시 생식소 지질(gonad lipids)은 증가하고 간 지질(liver lipids)은 감소하였다.
이는 알루미늄 노출이 어류의 호르몬체계 및 대사를 변형시킬 수 있음을 의미한다. 황산알루미늄의 생식독성 및 스트레스 유발 효과와 관련된 연구로서 145일 동안 다양한 실험 조건(control; pH 4.75; pH 4.75+Al(0.2 mg L-1); pH 5.25; pH 5.25+Al(0.2 mg L-1)에 북유럽산 흰송어(European cisco; Coregonus albula)를 노출시켰을 때, 암컷의 산란율은 각 실험군에서 81%, 36%, 14%, 61%, 25%로 나타났고, 수컷 정소퇴화가 관찰되었다. pH가 낮고, 알루미늄 농도가 높을수록 개체폐사율이 증가하고 성장율은 감소하였다.
후속연구
분류군에 따라 알루미늄에 대한 내성이 다를 뿐 아니라, 동일분류군 내에서도 종에 따라 알루미늄에 대한 내성이 다름을 확인하였다. 따라서 알루미늄에 대한 독성평가 수행 시 가능한 다양한 수생동물 분류군을 검토해야 하며, 한 분류군 내에서도 민감도 비교평가가 이뤄져야 할 것이다. 전 세계적으로 통용되는 표준시험법이 확립된 실험종을 대상으로 연구하는 경우 산출된 독성값의 수평비교가 가능하다는 이점이 있지만, 생물지리학적 관점에서 자생하는 새로운 시험종을 사용하여 표준시험법에 따라 독성시험을 수행하는 것 역시 큰 의미를 가질 것이다.
현재까지는 다양한 알루미늄 화합물의 독성에 대한 수평비교 및 종간 독성민감도의 수평비교가 체계적으로 이뤄지지 않았다. 또한, 국내에서 수계 및 토양의 금속오염 조사 시 알루미늄을 분석 대상에 포함시키지 않는 경우가 많으며, 생물체에 대한 독성평가가 체계적 으로 이뤄지지 않고 있으므로 빠른 시일 내에 국내 알루미늄 오염현황 및 자생수생동물에 대한 생태독성 연구가 체계적으로 수행되어야 할 것이다.
0)조건에서 1 mg L-1 내외의 황산알루미늄에 의해 생존율이 감소할 수 있음을 의미한다. 또한, 보다 낮은 농도(0.1~1.0 mg L-1)의 황산알루미늄에 의해 어류에서 보고된 산화스트레스 유발 및 이에 따른 생리학적, 조직학적 변화를 유발할 수 있을 것으로 예상된다. 이상의 기존에 보고된 황산알루미늄의 수생동물에 대한 독성효과를 Table 2에 요약하였다.
2010). 스테로이드 대사에 관여하는 효소들에 알루미늄이 영향을 미쳤을 것으로 추측하고 있지만 구체적인 기작 규명을 위해서는 연구가 더 진행되어야 할 것이다. 알루미늄의 스트레스 유발 및 호르몬 교란효과 관련 연구로서 체중 200~500 g의 갈색송어(Brown trout; Salmo trutta) 미성숙 암컷에 pH 5.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
알루미늄은 지표면에 얼마나 많은 원소인가?
알루미늄 (aluminium)은 지표면의 약 8%를 구성하는 3번째로 풍부한 원소이며, 전 세계적으로 산업활동 및 일상생활에 널리 사용되고 있지만 비교적 최근에 그 독성효과가 보고되고 있다 (Rengel 2004; Zhu et al. 2013).
본 연구 결과, 알루미늄의 수생태독성은 어떠한가?
본 소고에서는 수서무척추동물, 어류, 양서류에서 알루미늄의 독성자료를 고찰함으로써 잔류량 가이드라인 설정의 필요성과 알루미늄의 수생태독성 분석전략을 제언하고자 하였다. 다양한 형태의 알루미늄화합물이 수생동물에서 1차적으로 아가미기능을 방해하여 생존을 위협하고 세포독성, 유전독성, 산화적스트레스, 내분비계교란, 생식교란, 대사 교란, 항상성교란 등의 독성효과가 있는 것으로 확인되었다. 특히, 산성조건에서 환경잔류농도 수준의 알루미늄 화합물은 어류에서 호르몬농도 변화를 유발하였다. 알루미늄은 산성 및 염기성 조건에서 용해도가 증가하기 때문에 국내의 폐광산 인근의 산성 수계 뿐 아니라 조류 대발생에 의해 pH가 상승하는 호수나 강에서도 알루미늄의 독성효과가 나타날 것으로 사료된다.
수생동물을 대상으로 독성평가가 수행된 적 있는, 알루미늄 종류는?
최근에 들어 다양한 수생생물을 이용한 알루미늄의 급성, 내분비계, 유전, 세포, 생식 독성에 관한 보고가 증가하고 있으며, 현재까지 보고된 사례들을 통해 수서무척추동물부터 양서류와 같은 수생고등척추동 물에 알루미늄이 미치는 영향을 정리함으로써 향후 알루미늄 생태독성연구의 방향을 설정하기 위한 기초자료로 활용하고자 한다. 본 소고에서는 현재까지 수생동물을 대상으로 독성평가가 수행된 바 있는 염화알루미늄 (aluminium chloride; AlCl3), 황산알루미늄 (aluminium sulfate; Al2(SO4)3), 불화알루미늄 (aluminium fluoride; AlF3), 질산알루미늄 (aluminium nitrate; Al(NO3)3) 등의 알루미늄화합물을 대상으로 연구결과들을 정리하였다.
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