환경모니터링을 위한 집비둘기 알 껍데기의 중금속 축적특성 연구 The Characteristics of Heavy Metal Accumulations in Feral Pigeon (Columba livia) Eggshells for Environmental Monitoring원문보기
본 연구에서는 알 껍데기 시료의 중금속 축적특성을 파악하기 위해 알의 중금속 축적을 연구한 자료들을 정리하여 알 껍데기와 내용물의 축적특성을 비교 검토한 후 집비둘기 알 껍데기의 중금속 모니터링 시료로서의 가능성을 고찰하였다. 먼저 집비둘기(Columba livia)를 포함한 19종의 조류 알을 대상으로 카드뮴(Cd) 등 8종의 중금속 축적농도를 검토한 결과, 알 껍데기 중금속 농도의 변동계수(표준편차/평균)는 알 내용물에 비해 대체적으로 높은 값을 나타냈다. 이는 알 내용물 속 배(embryo)가 중금속 독성에 노출되지 않도록 하는 생리적 항상성 통제기작의 발달과 관련이 있는 것으로 판단된다. 이에 비해 알 껍데기는 서식환경 등에 따라 중금속 축적 변동이 알 내용물보다 크게 나타났는데, 이는 서식환경에 따른 중금속 축적 변동을 알 내용물보다는 더 적절히 반영할 가능성이 있다고 해석될 수 있다. 집비둘기 알 껍데기가 체내 장기 조직 등의 유해 중금속(납, 카드뮴) 축적농도 패턴을 반영하는 지를 검토한 결과, 도심지역 한강공원이 체내 장기 조직 등에서 농촌지역인 함평공원보다 높은 납과 카드뮴 축적농도를 보였고, 이러한 차이는 알 껍데기에서도 두드러지게 나타났지만, 알 내용물에서는 지점 간에 차이가 없었다. 이러한 결과는 알 내용물 속 배(embryo)의 안전한 발달을 위해 중금속 축적을 통제하는 항상성 기작이 알 내용물에 더 강화되어 나타나는 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다. 이상의 결과로 볼 때, 알 껍데기가 서식환경에 따른 중금속 축적 변동을 알 내용물보다는 더 적절히 반영할 가능성이 크다고 판단된다.
본 연구에서는 알 껍데기 시료의 중금속 축적특성을 파악하기 위해 알의 중금속 축적을 연구한 자료들을 정리하여 알 껍데기와 내용물의 축적특성을 비교 검토한 후 집비둘기 알 껍데기의 중금속 모니터링 시료로서의 가능성을 고찰하였다. 먼저 집비둘기(Columba livia)를 포함한 19종의 조류 알을 대상으로 카드뮴(Cd) 등 8종의 중금속 축적농도를 검토한 결과, 알 껍데기 중금속 농도의 변동계수(표준편차/평균)는 알 내용물에 비해 대체적으로 높은 값을 나타냈다. 이는 알 내용물 속 배(embryo)가 중금속 독성에 노출되지 않도록 하는 생리적 항상성 통제기작의 발달과 관련이 있는 것으로 판단된다. 이에 비해 알 껍데기는 서식환경 등에 따라 중금속 축적 변동이 알 내용물보다 크게 나타났는데, 이는 서식환경에 따른 중금속 축적 변동을 알 내용물보다는 더 적절히 반영할 가능성이 있다고 해석될 수 있다. 집비둘기 알 껍데기가 체내 장기 조직 등의 유해 중금속(납, 카드뮴) 축적농도 패턴을 반영하는 지를 검토한 결과, 도심지역 한강공원이 체내 장기 조직 등에서 농촌지역인 함평공원보다 높은 납과 카드뮴 축적농도를 보였고, 이러한 차이는 알 껍데기에서도 두드러지게 나타났지만, 알 내용물에서는 지점 간에 차이가 없었다. 이러한 결과는 알 내용물 속 배(embryo)의 안전한 발달을 위해 중금속 축적을 통제하는 항상성 기작이 알 내용물에 더 강화되어 나타나는 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다. 이상의 결과로 볼 때, 알 껍데기가 서식환경에 따른 중금속 축적 변동을 알 내용물보다는 더 적절히 반영할 가능성이 크다고 판단된다.
The heavy metal accumulations of avian eggshells were studied in order to test a feral pigeon (Columba livia)'s eggshell as an indicator for the environmental monitoring of pollutants. The reviews on the eggs of the different 19 avian species showed that it is the eggshell rather than the egg conten...
The heavy metal accumulations of avian eggshells were studied in order to test a feral pigeon (Columba livia)'s eggshell as an indicator for the environmental monitoring of pollutants. The reviews on the eggs of the different 19 avian species showed that it is the eggshell rather than the egg content that can better reflect the heavy metals in the environment; in most cases the CVs (coefficients of variations) of the heavy metal concentrations in the eggshells were higher than those in the egg contents. This can indicate that the heavy metal accumulations are homeostatically controlled in the egg contents, but the accumulations in the eggshells are varied according to the environmental conditions. To test the reviews, the feral pigeon eggs from the two different sites, one representing urban and the other rural environment, were analyzed for lead (Pb) and cadmium (Cd). The result showed that the eggshells of the urban pigeons (Hangang) had the higher metal concentrations than those of the rural pigeons (Hampyeong). The same difference can also be found in the internal organs (liver, bone) and blood. However, the analyses of the egg contents between the two sites did not reveal the differences. In other words, the result suggests that the feral pigeons, like the other avian species, are able to control the heavy metals into the egg contents homeostatically. Therefore, it is more useful to use the feral pigeon eggshell rather than the egg content in case of monitoring heavy metals in different habitats.
The heavy metal accumulations of avian eggshells were studied in order to test a feral pigeon (Columba livia)'s eggshell as an indicator for the environmental monitoring of pollutants. The reviews on the eggs of the different 19 avian species showed that it is the eggshell rather than the egg content that can better reflect the heavy metals in the environment; in most cases the CVs (coefficients of variations) of the heavy metal concentrations in the eggshells were higher than those in the egg contents. This can indicate that the heavy metal accumulations are homeostatically controlled in the egg contents, but the accumulations in the eggshells are varied according to the environmental conditions. To test the reviews, the feral pigeon eggs from the two different sites, one representing urban and the other rural environment, were analyzed for lead (Pb) and cadmium (Cd). The result showed that the eggshells of the urban pigeons (Hangang) had the higher metal concentrations than those of the rural pigeons (Hampyeong). The same difference can also be found in the internal organs (liver, bone) and blood. However, the analyses of the egg contents between the two sites did not reveal the differences. In other words, the result suggests that the feral pigeons, like the other avian species, are able to control the heavy metals into the egg contents homeostatically. Therefore, it is more useful to use the feral pigeon eggshell rather than the egg content in case of monitoring heavy metals in different habitats.
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문제 정의
본 연구에서는 환경모니터링을 위한 집비둘기 알의 중금속 축적 특성을 검토하기 위해 집비둘기를 포함한 여러 조류종의 알을 대상으로 알 껍데기와 내용물을 구분하여 비교·검토한 후 집비둘기 알 껍데기의 중금속 모니터링 시료로서의 가능성을 고찰하였다.
첫째, 알의 중금속 축적 특성에 대해 여러 조류종을 대상으로 수행된 기존 선행 연구 결과를 정리하고 검토하였고, 둘째, 집비둘기 알의 중금속 축적 특성은 어떠한지 검토하였다. 셋째, 이러한 결과를 바탕으로 알 껍데기의 중금속 모니터링 시료로서의 가능성을 고찰하였다.
하지만 앞서 밝힌 바와 같이 알 내용물의 경우, 중금속이 저농도로 축적되는 특성이 있기 때문에 중금속 모니터링 시료로서 적합하지 않을 수 있다. 이에 본 연구에서는 대안시료로서 알 껍데기 시료를 중심으로 알 내용물과의 비교를 통해 중금속 축적 특성 모니터링 시료로서의 가능성을 고찰하였다. 본 연구의 구성은 다음과 같다.
제안 방법
알 껍데기와 내용물의 중금속 분석결과가 동시에 분석·기술된 15개 자료를 검토하여 중금속별로 자료를 정리하였다(Figure 2; Table 1; Appendix 1, 2).
집비둘기 알 껍데기와 내용물의 중금속 축적특성을 동시에 분석한 국내 연구는 적고(Nam et al., 2003), 국외 자료 또한 많지 않기 때문에 집비둘기 외의 조류종 중 알 껍데기와 내용물을 동시에 분석한 자료들을 함께 수집하여 정리하였다. 먼저 조류 알의 중금속 축적 특성을 파악하기 위한 선행연구 검토는 집비둘기를 포함한 19종의 조류 알을 대상으로 카드뮴(Cd) 등 8종의 중금속 축적농도를 검토하였다 (Table 1).
연구지역은 도시지역인 서울 한강공원과 농촌지역인 함평군 함평공원을 대상으로 하였다. 채집한 알은 썩은 알을 제외한 후 한강공원 10개와 함평공원 14개를 선택하여 세척 및 중금속 분석(Lee et al. 2014)을 실시하고 카드뮴(Cd) 등 8종에 대한 결과를 정리하여 검토하였다.
본 연구의 구성은 다음과 같다. 첫째, 알의 중금속 축적 특성에 대해 여러 조류종을 대상으로 수행된 기존 선행 연구 결과를 정리하고 검토하였고, 둘째, 집비둘기 알의 중금속 축적 특성은 어떠한지 검토하였다. 셋째, 이러한 결과를 바탕으로 알 껍데기의 중금속 모니터링 시료로서의 가능성을 고찰하였다.
대상 데이터
(2014)의 논문을 근거로 정리 및 검토하였다. 연구지역은 도시지역인 서울 한강공원과 농촌지역인 함평군 함평공원을 대상으로 하였다. 채집한 알은 썩은 알을 제외한 후 한강공원 10개와 함평공원 14개를 선택하여 세척 및 중금속 분석(Lee et al.
Figure 3은 집비둘기 알 껍데기와 내용물을 동시에 분석한 연구자료만을 간추려 알 껍데기와 내용물 간의 농도 수준을 비교한 그래프이다. 집비둘기 알 껍데기와 내용물의 중금속 분석결과가 함께 기술된 3개 자료와 국가환경시료은행에서 연구한 2개 자료를 합쳐 5개 자료를 검토하였다. 자료수가 적어 농도 증감에 대한 상관분석은 따로 실시하지 않았다.
데이터처리
0 소프트웨어를 사용하였다. 평균비교는 Mann-Whitney test를 사용하였고, 상관분석은 Spearman rank correlation coefficients를 산출하였다. 평균(#)이 서로 다른 집단 간의 산포도(표준편차, s)를 비교하기 위해 변동계수값(Coefficient of variation)을 #로 산출하였다.
성능/효과
CV값은 평균(#)이서로 다른 집단 간의 산포도(표준편차, s)를 비교하기 위한 통계값이다. 납(Pb)과 카드뮴(Cd)을 제외한 나머지 5개 중금속(As, Fe, Zn, Cu, Mn)의 알 내용물 속 농도의 CV값은 1미만으로 낮거나 알 껍데기에 비해 상대적으로 낮았으며, 납은 알 껍데기의 CV값(1.5)에 비해 상대적으로 낮은 1.1을 보였고, 카드뮴은 알 껍데기(1.0)와 비슷한 1.1의 값을 보였다. 이와 같이 알 내용물의 CV값이 알 껍데기에 비해 전반적으로 낮게 나타나는 것은 알 내용물이 이들 중금속의 흡수에 있어 알 껍데기보다는 상대적으로 변동이 적은 일정 정도의 양만 축적되도록 하는 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다.
이는 조류종이나 서식환경에 따라 알 내용물이나 껍데기 모두에 이들 중금속 축적이 큰 변동으로 이루어질 가능성이 있는 것으로 판단할 수 있다. 다만 아연의 경우, 조사된 14종의 조류 중 딱새 일종인 Willow flycatcher(Empidonax traillii extimus)한 종만 제외하고 나머지 13종의 조류에서는 알 내용물의 아연 농도가 일관되게 높게 나타났다.
다음으로 비소(As)가 알 껍데기(조류 8종) 1.497±1.540 μg/g dry, 알 내용물(조류 12종) 0.185±0.194 μg/g dry로 두 번째로 낮은 평균 농도를 보였다.
이는 안전한 배발생을 보장하기 위해 유해 중금속의 축적이 알 껍데기와 내용물 모두에 저농도로 이루어지는 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다. 비록 알에 저농도로 유해 중금속이 축적되지만, 생체 조직(간, 신장, 뼈 등) 내 축적농도의 지역 간 차이는 알 껍데기가 알 내용물보다는 간접적으로 더 적절히 반영하는 것으로 나타났다.
첫 번째는 알 껍데기의 중금속 농도 증가와 상관없이 알 내용물에서는 대체로 낮은 농도를 보이는 패턴으로 비소(As), 철(Fe), 니켈(Ni)이 해당하였다 (Figure 2(A1~C2)). 알 껍데기와 내용물간 상관관계를 살펴보면, 비소(r=0.6), 철(r=-0.4) 모두 통계적으로 유의한 상관을 보이지 않았다(Table 2). 이는 조류종이나 서식환경에 관계없이 비소, 철, 니켈은 알 껍데기에 비해 알 내용물에 상대적으로 적은 양이 일정하게 축적되는 경향을 보인다고 판단할 수 있다.
유해 중금속 축적 농도 측면에서 보면, 본 연구에서는 집비둘기의 알 껍데기와 내용물의 축적 농도가 비슷하게 나타났다. 이는 안전한 배발생을 보장하기 위해 유해 중금속의 축적이 알 껍데기와 내용물 모두에 저농도로 이루어지는 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다.
2014)에서 집비둘기 생체 내 장기조직 등의 납(Pb) 축적 농도가 지점 간에 통계적으로 차이가 있는지를 비교(A1)하고, 알에서도 지점 간 차이 여부를 비교한 그래프(A2)이다. 이 연구에서 뼈(bone), 간(liver), 혈액(blood)에서 통계 적으로 유의하게 한강공원(Fp(hg))이 함평공원 (Fp(hp))에 비해 높은 납 농도를 보였다(Figure 4(A1)). 이러한 패턴은 알 껍데기에서도 나타났는데, 한강공원(Fp(hg))이 함평공원(Fp(hp))에 비해 통계 적으로 유의하게 높게 나타났다.
후속연구
중금속 모니터링을 위한 알 껍데기 시료의 활용은 집비둘기의 번식을 방해하지 않고 빈 알 껍데기만을 채취하여 모니터링할 수 있는 장점이 크다고 볼 수 있다. 따라서 향후에 중금속 오염정도에 따른 집비둘기 알 껍데기의 축적특성에 대한 추가적인 연구를 통해 집비둘기 알 껍데기의 모니터링 시료로서의 활용성을 강화하는 것이 중요하다고 판단된다.
5배 높은 Pb 농도를 보인 것과는 다른 결과이다. 이러한 상반된 결과가 집비둘기만의 특성인지는 향후에 추가 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
집비둘기를 통해 모니터링 할 수 있는 요소는 무엇인가?
집비둘기는 도시나 농촌과 같이 인간이 거주하는 곳의 환경 중 오염물질 축적 정도와 영향을 모니터링할 수 있는 대표적인 지표종 중 하나이다(Johnston and Janiga, 1995). 집비둘기 몸에 축적된 오염물질 농도는 장기를 적출하여 측정할 수도 있지만, 죽이지 않고 알이나 깃털 등의 시료를 이용하여 간접적으로 오염물질 축적 패턴을 파악하는 방법(non-invasive monitoring method)도 널리 쓰이고 있다(Nagel et al.
알이 유기 오염물질의 분석에 적합한 이유는 무엇인가?
, 2010). 특히 알은 알 내용 물의 지질(lipids) 성분으로 인해 친유성(親油性, lipophilic property)을 띠는 유기 오염물질(PCBs, DDE 등)에 대한 축적이 잘 이루어지는 것으로 알려져 있다(Paulus et al., 2010; Klein et al.
유해 중금속 축적 농도 측면에서 알 껍데기와 내용물이 비슷하게 나타난 이유는 무엇인가?
유해 중금속 축적 농도 측면에서 보면, 본 연구에서는 집비둘기의 알 껍데기와 내용물의 축적 농도가 비슷하게 나타났다. 이는 안전한 배발생을 보장하기 위해 유해 중금속의 축적이 알 껍데기와 내용물 모두에 저농도로 이루어지는 특성과 관련이 있는 것으로 판단된다. 비록 알에 저농도로 유해 중금속이 축적되지만, 생체 조직(간, 신장, 뼈 등) 내 축적농도의 지역 간 차이는 알 껍데기가 알 내용물보다는 간접적으로 더 적절히 반영하는 것으로 나타났다.
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