초록 ▼

□ 연구개요
수생생물에 대한 열 스트레스 연구는 단기적으로 고온 방류수의 영향을 그리고 장기적으로 기후변화에 의한 수온 상승의 영향을 평가할 수 있다는 점에서 중요하다. 본 연구는 독성발현경로(adverse outcome pathway)와 시스템 독성학(systemstoxicology)을 융합한 시스템 생태독성학적 접근을 통하여 물벼룩에 미치는 열 스트레스의 영향을 분자 수준에서 개체군 수준까지 연결하여 규명하고, 최종적으로 열 스트레스에 의한 물벼룩 개체군 변화를 예측할 수 있는 모형을 개발하였다.

□ 연구 목표

□ 연구개요
수생생물에 대한 열 스트레스 연구는 단기적으로 고온 방류수의 영향을 그리고 장기적으로 기후변화에 의한 수온 상승의 영향을 평가할 수 있다는 점에서 중요하다. 본 연구는 독성발현경로(adverse outcome pathway)와 시스템 독성학(systemstoxicology)을 융합한 시스템 생태독성학적 접근을 통하여 물벼룩에 미치는 열 스트레스의 영향을 분자 수준에서 개체군 수준까지 연결하여 규명하고, 최종적으로 열 스트레스에 의한 물벼룩 개체군 변화를 예측할 수 있는 모형을 개발하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1 차년도 : 열 스트레스에 대한 물벼룩의 세포 수준에서 개체군 수준까지 영향 규명
물벼룩(Daphnia magna, 국제 표준종) 열 스트레스(25 ℃)는 세포 수준에서 활성산소종(ROS) 농도 및 항산화효소(SOD, CAT, GPx, GST) 활성을 증가시켰으며 개체 수준에서 개체 크기(body length)를 감소시켰고, 궁극적으로 개체군 성장률(Intrinsic rate of natural increase)을 증가시켰다. 국내종 물벼룩(Moina macrocopa)도 국제 표준종과 유사한 수준별 열 스트레스 반응을 보여주었다. 열 스트레스는 물벼룩의 신진대사율 증가, 에너지 수요 증가, 산소 이용률 감소로 미토콘드리아 기능장애를 유발하여 ROS 생산을 촉진한 것으로 판단된다. 이러한 분자 수준의 반응과 이후 세포, 개체 및 개체군 수준의 반응들을 연결하여 물벼룩 열 스트레스 독성발현경로를 제시하였다.
2 차년도 : 물벼룩 열 스트레스의 세대간 전이 및 카드뮴 독성에 미치는 영향 규명
물벼룩(D. magna) 열 스트레스(25 ℃)의 새대 간 전이는 세포(SOD, GPx, LPO), 개체(성장, 생식), 개체군(개체군 성장률) 수준에서 유의하게 확인되었다. 열 스트레스는 F3 세대까지 항산화효소 활성과 개체 성장률(adult somatic growth rate)을 증가시켰고, 개체 생식(offspring/female)을 감소시켰다. 그러나 F3 세대 이후에서는 항산화효소 활성과 개체 성장률은 줄어들고 자손의 수는 다시 증가하여 F9 세대는 대조군(20 ℃)과 비슷한 수준으로 개체군 성장률이 회복되었다. 또한, 물벼룩 열 스트레스는 카드뮴 독성을 더욱 증가시켰는데, 세포(ROS), 개체(생식), 개체군(개체군 성장률) 수준에서 유의한 상승작용을 나타냈다.
3 차년도 : 물벼룩 열 스트레스의 개체군 수준 영향 예측을 위한 시스템 생태독성학적 모형 개발
물벼룩(D. magna) 개체군에 미치는 열 스트레스(25 ℃) 및 카드뮴 독성의 영향을 개별 또는 복합적으로 예측할 수 있는 DEB(dynamic energy budget) 모형을 개발하고, 개체(크기, 생식, 성비) 및 개체군(개체군 성장률) 수준의 영향을 예측하였다. 물벼룩 열 스트레스는 개체의 크기를 감소시키며, 자손의 수를 증가시킬 것으로 예측되었다. 그러나, 열 스트레스가 카드뮴 독성과 상호작용하면 자손의 수컷 비율이 증가되고 개체의 크기와 자손의 수가 감소하여, 궁극적으로 개체군 성장률이 감소될 것으로 예측되었다.

□ 연구개발결과의 중요성
● 열 스트레스에 대한 수준별 독성 반응의 연결성(독성발현경로)을 정량적으로 분석할 수 있는 방법론을 제시하였다.
● 시스템 생태독성학적 접근을 통하여 분자나 세포 수준의 반응을 조기에 분석하여 개체군 수준의 영향을 평가할 수 있는 기반을 마련하였다.
● 부모세대 뿐만 아니라 자손세대까지 장기간에 걸쳐서 진행되는 수생생물의 악영향을 평가할 수 있는 다세대 연구의 중요한 자료로 활용될 수 있다.
● 다양한 환경 스트레스와 유해물질의 세대간 전이나 상호작용 규명 연구를 촉진할 것으로 판단된다.
● 기후변화로 인한 지구온난화가 수생생물에 미치는 영향을 개체 수준으로부터 개체군 수준의 변화를 예측하는 데 활용될 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 가. 1차년도: 열 스트레스에 대한 물벼룩의 세포 수준에서 개체군 수준까지 영향 규명 ... 5
• 나. 2차년도: 물벼룩 열 스트레스의 세대간 전이 및 카드뮴 독성에 미치는 영향 규명 ... 8
• 다. 3차년도: 물벼룩 열 스트레스의 개체군 수준 영향 예측을 위한 시스템 생태독성학적 모형 개발 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 18
• 4. 참고문헌 ... 19
• 5. 연구성과 ... 21
• 대표적 연구실적 ... 25
• 끝페이지 ... 35