환경오염 지표종인 집비둘기의 생체조직 내 중금속 분포 특성 The Characteristics of Heavy Metal Distributions in the Tissues of Feral Pigeon (Columba livia) as a Bio-monitoring Indicator원문보기
본 연구에서는 환경오염 모니터링 지표종인 집비둘기(Columba livia)의 생체조직 내 중금속 축적 특성을 파악하기 위해 국가환경시료은행 자체 모니터링 지점(한강공원, 함평공원)에서 채집된 집비둘기 시료를 분석하고, 집비둘기를 포함한 국내외 조류 총 17종의 연구 자료를 검토하여 생체조직 내 중금속 분포특성을 고찰하였다. 유해 중금속인 카드뮴은 한강공원과 함평공원 모두에서 신장에 가장 높은 축적농도비율을 보였고, 국내외 집비둘기 사례와 기타 사례 총 34개 중 31개에서도 조류종과 상관없이 거의 대부분 신장이 가장 높은 축적농도 비율을 나타냈다. 유해 중금속인 납은 한강공원과 함평공원 모두에서 뼈가 가장 높은 축적농도 비율을 나타냈으며, 기존 연구사례 총 30개 중 17개에서 뼈에 가장 높은 축적농도 비율을 보였고, 다음으로 신장(10개 사례), 간(3개 사례) 순으로 나타났다. 따라서 납의 주요 축적 조직은 뼈라고 볼 수 있다. 아연은 한강공원에서 간에 가장 높은 축적농도 비율을 보였고, 함평공원에서는 뼈에 가장 높은 비율을 보였다. 기존 연구사례 총 16개 중 13개에서는 뼈에 가장 높은 축적농도 비율을 보였고, 다음으로 간이 차지하였다. 본 연구에서는 이상의 결과 등을 중금속의 생화학적 축적특성(뼈 생성과정에서 납-칼슘의 경쟁관계, 중금속 흡착 단백질(메탈로치오네인)의 역할 등)과 관련하여 검토하였다. 이러한 검토결과는 향후 집비둘기의 오염물질 축적 모니터링 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 환경오염 모니터링 지표종인 집비둘기(Columba livia)의 생체조직 내 중금속 축적 특성을 파악하기 위해 국가환경시료은행 자체 모니터링 지점(한강공원, 함평공원)에서 채집된 집비둘기 시료를 분석하고, 집비둘기를 포함한 국내외 조류 총 17종의 연구 자료를 검토하여 생체조직 내 중금속 분포특성을 고찰하였다. 유해 중금속인 카드뮴은 한강공원과 함평공원 모두에서 신장에 가장 높은 축적농도비율을 보였고, 국내외 집비둘기 사례와 기타 사례 총 34개 중 31개에서도 조류종과 상관없이 거의 대부분 신장이 가장 높은 축적농도 비율을 나타냈다. 유해 중금속인 납은 한강공원과 함평공원 모두에서 뼈가 가장 높은 축적농도 비율을 나타냈으며, 기존 연구사례 총 30개 중 17개에서 뼈에 가장 높은 축적농도 비율을 보였고, 다음으로 신장(10개 사례), 간(3개 사례) 순으로 나타났다. 따라서 납의 주요 축적 조직은 뼈라고 볼 수 있다. 아연은 한강공원에서 간에 가장 높은 축적농도 비율을 보였고, 함평공원에서는 뼈에 가장 높은 비율을 보였다. 기존 연구사례 총 16개 중 13개에서는 뼈에 가장 높은 축적농도 비율을 보였고, 다음으로 간이 차지하였다. 본 연구에서는 이상의 결과 등을 중금속의 생화학적 축적특성(뼈 생성과정에서 납-칼슘의 경쟁관계, 중금속 흡착 단백질(메탈로치오네인)의 역할 등)과 관련하여 검토하였다. 이러한 검토결과는 향후 집비둘기의 오염물질 축적 모니터링 연구의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
In this study, heavy metal distributions in the tissues of feral pigeon (Columba livia) were characterized using samples collected from bio-monitoring sites (Hangang Park and Hampyeong Park) of the NESB (National Environmental Specimen Bank), Korea, in order to evaluate the feasibility of feral pige...
In this study, heavy metal distributions in the tissues of feral pigeon (Columba livia) were characterized using samples collected from bio-monitoring sites (Hangang Park and Hampyeong Park) of the NESB (National Environmental Specimen Bank), Korea, in order to evaluate the feasibility of feral pigeons as an indicator for the environmental monitoring. Cadmium (Cd) was analyzed to be accumulated in kidneys at higher concentration than in the other tissues. Such trend can also be found in the reviews on the Cd accumulations of the 34 cases including 17 avian species which showed that 31 cases had the highest Cd concentrations in the kidney among tissues. However, lead (Pb) was found to be richest in the bones in this study. 17 cases out of 30 reviewed cases had the highest Pb concentration in bones, whereas other 10 cases showed the highest concentration in kidneys, and 3 cases in livers. Therefore, kidneys together with bones can be a main target organ to test cadmium exposure to different habitat environments depending on physiological traits of birds. Zinc (Zn) was found to be the highest concentration in the pigeon livers of Hangang Park, but not in the bones. In contrast, the 13 cases of 16 reviewed cases had the highest Zn concentration in bones, and the 3 cases in livers. In addition, the heavy metal distribution patterns in relations to the metal accumulation mechanisms (a competition between Pb and Ca, a function of methallothionein protein, and etc.) were discussed.
In this study, heavy metal distributions in the tissues of feral pigeon (Columba livia) were characterized using samples collected from bio-monitoring sites (Hangang Park and Hampyeong Park) of the NESB (National Environmental Specimen Bank), Korea, in order to evaluate the feasibility of feral pigeons as an indicator for the environmental monitoring. Cadmium (Cd) was analyzed to be accumulated in kidneys at higher concentration than in the other tissues. Such trend can also be found in the reviews on the Cd accumulations of the 34 cases including 17 avian species which showed that 31 cases had the highest Cd concentrations in the kidney among tissues. However, lead (Pb) was found to be richest in the bones in this study. 17 cases out of 30 reviewed cases had the highest Pb concentration in bones, whereas other 10 cases showed the highest concentration in kidneys, and 3 cases in livers. Therefore, kidneys together with bones can be a main target organ to test cadmium exposure to different habitat environments depending on physiological traits of birds. Zinc (Zn) was found to be the highest concentration in the pigeon livers of Hangang Park, but not in the bones. In contrast, the 13 cases of 16 reviewed cases had the highest Zn concentration in bones, and the 3 cases in livers. In addition, the heavy metal distribution patterns in relations to the metal accumulation mechanisms (a competition between Pb and Ca, a function of methallothionein protein, and etc.) were discussed.
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문제 정의
2003). 국가환경 시료은행도 오염물질 생물축적 특성 파악을 위해 집비둘기를 모니터링 종으로 선정하여 연구를 수행해오고 있는데, 본 연구에서는 생물축적 모니터링 연구의 기초적 분석으로서 자체 모니터링 지점(한강공원, 함평공원)에서 채집된 집비둘기의 생체조직에 주요 중금속이 어떤 농도분포로 축적되는 지를 파악하고자 하였다. 이를 통해 중금속별 주요 모니터링 대상 생체조직은 무엇인지 검토하였고, 중금속별 생화학적 역할과 축적 기작을 고찰하였다.
본 연구에서는 환경오염 모니터링 지표종인 집비둘기의 생체조직 내 중금속 축적특성을 국내외의 여러 조류 종 사례와 함께 검토하였다. 유해 중금속인 카드뮴은 집비둘기를 포함한 조류에서 대부분 신장에 가장 높은 축적농도 비율을 보였다.
제안 방법
생체조직간 중금속 축적 정도를 비교하기 위해 뼈, 신장, 간, 허파 중 3개 이상을 포함하는 연구사례를 선정하였다. 국내 집비둘기 연구사례는 2개 논문(납과 카드뮴: 각 7개 사례, 아연: 1개 사례, 철: 1개 사례)을 포함하였고, 국외 집비둘기 사례는 3개 논문(납: 3개 사례, 카드뮴: 7개 사례), 기타조류는 6개 논문(납과 카드뮴: 각 20개 사례, 아연: 15개 사례, 철: 1개 사례)을 포함하였다. 기존 연구사례 중 wet weight으로 농도를 표시한 경우, 신장, 간, 허파는 wet weight 값을 3배하여 dry weight으로 변환하였고(Kim et al.
전처리는 히팅블록(HSR200, HUMAS, 한국)을 사용하였고, 농도분석은 ICP-MS(Agilent 7500A, Agilent Technologies사, Japan)를 사용하였다. 그리고 집비둘기 생체조직 간 중금속 축적의 일반적 분포특성을 파악하기 위해 국내외 집비둘기 분석 사례와 집비둘기 외 기타조류의 사례도 함께 검토하였다(Appendix 2~5). 생체조직간 중금속 축적 정도를 비교하기 위해 뼈, 신장, 간, 허파 중 3개 이상을 포함하는 연구사례를 선정하였다.
국가환경 시료은행도 오염물질 생물축적 특성 파악을 위해 집비둘기를 모니터링 종으로 선정하여 연구를 수행해오고 있는데, 본 연구에서는 생물축적 모니터링 연구의 기초적 분석으로서 자체 모니터링 지점(한강공원, 함평공원)에서 채집된 집비둘기의 생체조직에 주요 중금속이 어떤 농도분포로 축적되는 지를 파악하고자 하였다. 이를 통해 중금속별 주요 모니터링 대상 생체조직은 무엇인지 검토하였고, 중금속별 생화학적 역할과 축적 기작을 고찰하였다.
2013년에 채집한 집비둘기를 대상으로 성조 각각 6마리(암컷 3마리, 수컷 3마리)씩 총 12마리를 해부하여 생체조직(뼈, 신장, 간, 허파)별로 중금속을 분석하였고, 본 연구에서는 납(Pb), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 철(Fe), 알루미늄(Al)을 중심으로 생체조직 내 분포특성을 검토하였다. 전처리는 히팅블록(HSR200, HUMAS, 한국)을 사용하였고, 농도분석은 ICP-MS(Agilent 7500A, Agilent Technologies사, Japan)를 사용하였다. 그리고 집비둘기 생체조직 간 중금속 축적의 일반적 분포특성을 파악하기 위해 국내외 집비둘기 분석 사례와 집비둘기 외 기타조류의 사례도 함께 검토하였다(Appendix 2~5).
대상 데이터
그리고 집비둘기 생체조직 간 중금속 축적의 일반적 분포특성을 파악하기 위해 국내외 집비둘기 분석 사례와 집비둘기 외 기타조류의 사례도 함께 검토하였다(Appendix 2~5). 생체조직간 중금속 축적 정도를 비교하기 위해 뼈, 신장, 간, 허파 중 3개 이상을 포함하는 연구사례를 선정하였다. 국내 집비둘기 연구사례는 2개 논문(납과 카드뮴: 각 7개 사례, 아연: 1개 사례, 철: 1개 사례)을 포함하였고, 국외 집비둘기 사례는 3개 논문(납: 3개 사례, 카드뮴: 7개 사례), 기타조류는 6개 논문(납과 카드뮴: 각 20개 사례, 아연: 15개 사례, 철: 1개 사례)을 포함하였다.
데이터처리
2006), 뼈의 경우, 수분함량이 거의 없는 것으로 간주하여 wet weight으로 측정된 값을 그대로 표시하였다. 자료 분석은 각 생체조직별 중금속 농도를 비율로 환산한 농도기준 백분율값(%)을 계산하여 실시하였다.
성능/효과
국내에서 연구된 집비둘기 체내 축적농도 사례를 보면(Appendix 2), 경우에 따라서 납이 뼈보다는 신장이나 간에서 더 높은 농도를 보인 사례도 있었다(Figure 2(a)의 C5-p, C6-p, C7-p). 국내 집비둘기 사례 7개 중 4개 (C1-p ~ C4-p)는 35.5~54.6% 범위로 뼈가 가장 높은 비율을 차지하였고, 사례 C5-p와 C7-p는 신장(각각 32.9%, 41.0%)에서 가장 높았고, C6-p는 간(34.4%)에서 가장 높았다. 국외에서 연구된 집 비둘기 체내 축적농도 사례를 보면(Appendix 2), 납의 경우, 3개 사례 모두 뼈(54.
5%) 순으로 나타났다(Figure 3(a)). 다음으로 국내외 연구 중 집비둘기 외 조류 16종의 20개 사례를 살펴 본 결과, 납은 총 20개 사례 중 10개(Figure 4(a)의 C18-p ~ C26-p, C29-p)에서 뼈가 가장 높은 비율(39.3~86.6%)을 보였고, 신장은 8개(C27-p, C28-p, C30-p, C32-p, C33-p, C35-p~C37-p)에 서 35.5~68.7% 범위를 보였고 , 간 은 2개 (C31-p, C34-p)의 사례에서 35.3%와 54.6%로 가장 높은 비율을 보였다(Appendix 3). 이상의 결과로 볼 때, 납의 주요 축적 조직은 뼈라고 볼 수 있으며, 서식환경 등에 따라 신장에서의 축적이 높게 나타날 수도 있다고 판단된다.
다음으로 카드뮴(Cd)을 살펴보면, 본 연구에서 직접 채집·분석한 집비둘기의 경우는 신장(전체:84.1%, 한강공원: 85.1%, 함평공원: 82.2%)에서 가장 높은 비율을 보였고, 다음으로 간(전체: 14.8%, 한강공원:14.1%, 함평공원: 16.2%), 허파(전체:1.1%, 한강공원: 0.8%, 함평공원: 1.6%) 순으로 나타났다.
본 연구에서 한강공원과 함평공원은 뼈에서의 평균농도가 각각 1.608 μg/g dry와 1.264 μg/g dry로 나타나 알루미늄과 관련한 노출 또는 배출 기능 측면에서의 문제는 없는 것으로 판단된다(Appendix 1).
2009). 본 연구에서 한강공원과 함평공원의 납 축적농도 비율은 뼈에 각각 82.3%와 67.9%였고, 간에 각각 4.8%,5.9%를 보여 장기간의 만성적 노출에 의한 축적특성을 보인다고 볼 수 있다.
본 연구의 한강공원과 함평공원의 집비둘기 허파에서는 각각 86 μg/g dry와 96 μg/g dry 나타내 다른 생체조직에 비해 허파의 축적농도가 상당히 높은 것으로 나타났다.
2009). 본 연구의 한강공원과 함평공원의 카드뮴 축적농도 비율은 신장에 각각 85.1%와 82.2%였고, 간에 각각 14.1%, 16.2%를 보여 장기간의 만성적 노출에 의한 축적특성을 보인다고 볼 수 있다.
다만 간에서가장 높은 비율을 보인 몇몇 연구사례의 경우, 단기 간의 카드뮴 급성 노출에 영향을 받았을 가능성이 크다고 판단된다. 유해 중금속인 납은 뼈가 가장 높은 축적농도 비율을 보인 조직으로 나타났으며, 다음으로 신장에서 높은 축적 비율을 보였다. 따라서 본 연구지역인 한강공원과 함평공원의 집비둘기 생체조직내 카드뮴과 납의 분포는 조류 일반의 특성을 잘 반영한다고 볼 수 있으며, 카드뮴에 대해선 신장과 간, 납에 대해선 뼈와 신장 또는 간의 축적정도를 모니터 링하는 것이 중요하다고 볼 수 있다.
6%로 가장 높은 비율을 보였다(Appendix 3). 이상의 결과로 볼 때, 납의 주요 축적 조직은 뼈라고 볼 수 있으며, 서식환경 등에 따라 신장에서의 축적이 높게 나타날 수도 있다고 판단된다. 납은 일반적으로 뼈에 주로 축적되는 것으로 알려져 있다(Scheuhammer 1987).
6%)이 가장 높은 비율을 차지하였다(Figure 4(c), Appendix 5). 이상의 결과로 볼 때, 아연의 주요 축적 조직은 뼈라고 판단되며, 다음으로 간이나 신장인 것으로 판단할 수 있다. 아연은 체내 신진대사의 필수 무기원소로서 각종 효소의 필수 구성요소이며, 뼈 형성에 필수 요소로 작용하는 것으로 알려져있다 (Honda et al.
3%로 같은 비율을 보였다(Figure 4(b), Appendix 4). 이상의 결과로 볼 때, 카드뮴의 주요 축적 조직은 신장인 것으로 판단할 수 있다. 카드뮴은 금속 흡착 단백질인 메탈로치오네인과 결합하여 축적되는데, 메탈로치오네인은 간과 신장에서 주로 생성되지만, 생물학적 반감기는 신장이 더 길기 때문에 신장의 축적비율이 높게 나타나는 것으로 판단된다(Kim et al.
후속연구
따라서 본 연구지역인 한강공원과 함평공원의 집비둘기 생체조직내 카드뮴과 납의 분포는 조류 일반의 특성을 잘 반영한다고 볼 수 있으며, 카드뮴에 대해선 신장과 간, 납에 대해선 뼈와 신장 또는 간의 축적정도를 모니터 링하는 것이 중요하다고 볼 수 있다. 이러한 축적특 성은 메탈로치오네인(중금속 흡착 단백질) 합성 등체내 신진대사의 주요 요소로서의 기능과 관련이 있는 것으로 생각되나 향후에 조류 생체조직 내 중금속의 생화학적 축적 메커니즘 연구와 검토가 추가되어 중금속 축적을 증감시키는 요인과 메커니즘에 대한 이해를 확대시켜나가는 작업이 필요하다.
본 연구의 한강공원과 함평공원의 집비둘기 허파에서는 각각 86 μg/g dry와 96 μg/g dry 나타내 다른 생체조직에 비해 허파의 축적농도가 상당히 높은 것으로 나타났다. 이러한 허파 내 알루미늄의 고축적은 구강을 통한 소화기 유입경로보다는 호흡에 의한 대기오염 물질 흡입 경로에 의한 축적으로 판단되나 향후에 추가적인 연구와 검토가 필요하다.
알루미늄(Al)은 한강공원과 함평공원 모두에서 허파가 95% 이상의 높은 비율을 차지하였다(Figure 1, Appendix 1). 하지만 기존 비교 연구사례가 적어 추가 농도분포 자료를 제시하지는 못했다. 다만 알루미늄의 생화학적 기작에 대해서 살펴보면, 알루미늄은 구강을 통해 소화기로 유입되는 경우, 장에 의한 흡수는 매우 적고, 그나마도 거의 대부분 배설되어 체내 축적은 거의 이루어지지 않는 것으로 알려져 있다 (Barabasz et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
집비둘기 생체조직 내 중금속 분포특성 조사에서 중점을 둔 중금속 종류는 무엇인가?
연구지역은 도시지역인 서울 광나루지구 한강공원과 농촌지역인 함평군 함평공원을 대상으로 하였다 .2013년에 채집한 집비둘기를 대상으로 성조 각각 6마리(암컷 3마리, 수컷 3마리)씩 총 12마리를 해부하여 생체조직(뼈, 신장, 간, 허파)별로 중금속을 분석하였고, 본 연구에서는 납(Pb), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 철(Fe), 알루미늄(Al)을 중심으로 생체조직 내 분포특성을 검토하였다. 전처리는 히팅블록(HSR200, HUMAS, 한국)을 사용하였고, 농도분석은 ICP-MS(Agilent 7500A, Agilent Technologies사, Japan)를 사용하였다.
집비둘기를 본 연구의 대상으로 선정한 이유는?
환경 중 오염물질이 인간에 끼치는 영향은 함께 공존하는 생물에 대한 영향과도 밀접한 관계가 있다. 본 연구의 대상종인 집비둘기도 도심 등 사람들이 생활하는 공간에 주로 서식하면서 호흡과 음식물 찌꺼기, 곡류, 흙 등의 섭취를 통해 오염물질을 받아들이는 대표적인 지표종으로 알려져 있으며(Johnston & Janiga 1995), 특히, 납이나 카드뮴 같은 유해 중금속의 모니터링에 많이 활용되어 왔다(Brait & Antoniosi Filho 2011; Nam et al. 2003).
생체조직별 중금속 농도분포에 뼈가 가장 많은 비중을 차지하는 이유는?
이상의 결과로 볼 때, 납의 주요 축적 조직은 뼈라고 볼 수 있으며, 서식환경 등에 따라 신장에서의 축적이 높게 나타날 수도 있다고 판단된다. 납은 일반적으로 뼈에 주로 축적되는 것으로 알려져 있다(Scheuhammer 1987). 뼈의 주요 구성성분은 칼슘(Ca)인데, 뼈에 공급되어야 할 칼슘 대신 납이 유입되기 때문이다. 중금속의 특성 중 하나는 체내에 유입되면 흡착력이 강한 산화 형태를 띠는 것이다(Duruibe et al.
참고문헌 (27)
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