참담치(Mytilus unguiculatus) 치패의 성장, 생존, 생리적 반응에 미치는 광색의 영향

Ⅰ. 서 론

참담치는 이매패강(Bibalvia) 홍합목(Mytilida) 홍합과(Mytilidae)에 속하는 식용 조개류로 분류상으로는 홍합(Mytilus unguiculatus)으로 기록되어 있으며, 참담치, 섭조개, 담채, 합자 등의 방언으로 불린다(Min, 2004). 우리나라 전 연안에 서식하나 주로 남해안과 서해안의 해수 염분이 높은 고함수역인 해류 흐름이 강하고 물이 맑은 외해의 특성을 가진 곳의 조간대 하부부터 수심 40 m 까지 서식하는데 주로 5∼10 m 암반 표면에 족사로 부착하여 군집하여 서식한다. 최근 연안 오염과 남획 등으로 인해 그 자원량이 날로 감소하고 있으며, 특히 외래종인 지중해담치에 밀려 그 서식지가 점차 감소되고 있는 추세이다.

일반적인 이매패류에서는 보통 어두운 환경을 제공하고 있지만, 이들이 서식하는 자연환경에서는 파도, 수중 부유 입자 및 동물·식물플랑크톤의 영향을 받아 해수에서의 조명 조건이 항상 달라질 수 있다. 그러므로 빛 조건은 참담치 양식에 있어서 성장, 생존 및 생리적 반응에 대한 중요한 조절 인자일 것이다.

해수는 자연환경에서 햇빛을 흡수하고 산란하며, 빛의 세기와 질은 수층에 따라 다양하다(Zhong et al., 2023). 햇빛이 맑은 바닷물을 투과할 때, 적색광의 더 긴 파장(620~750 nm)은 낮은 수준의 에너지를 가지며 일정 깊이 구배에 걸쳐 점진적으로 흡수되며 약 20 m의 깊이는 적색광의 침투가 방해된다(Chiang et al., 2011). 반면에 짧은 파장의 고에너지 청색광(450∼495 nm)은 약 100∼150 m의 깊은 수심까지 침투할 수 있다(Godwin, 2021). 이러한 조도와 광색은 먹이가 되는 식물플랑크톤의 분포에 영향을 주게 되어 빛을 인지할 수 있는 감각기관이 있는 바위 또는 해저면에 부착하는 표서생물의 수직적 분배를 결정하는 요인이 되기도 한다.

살아있는 유기체의 생체 내 에너지 대사는 온도, 염분 및 빛과 같은 환경적 요인에 의해 변경될 수 있으며, 이는 살아있는 유기체의 에너지 대사를 향상시키거나 분해시키고 성장을 촉진하거나 환경 변화에 저항하는 에너지를 제공할 수 있다(Vera et al., 2006). 빛을 구성하는 각기 다른 스펙트럼에 대한 연구는 어류의 경우 성장과 생존, 멜라토닌, 스트레스 반응, 행동, 생식(Head and Malison, 2000; Volpato and Barreto, 2001; Bayarri et al., 2002; Noar et al., 2003; Marchesan et al., 2005)에 대해 비교적 많이 연구되었으나, 이매패류(Lee et al., 2024; Zhong et al., 2023), 복족류(Gao et al., 2016; Xiaolong et al., 2016a, b, c)가 일부 진행되었으며, 참담치에 대한 연구는 전무한 실정이다.

반도체 기술은 다양한 파장과 파워를 가진 발광다이오드(LED, Light emitting diode) 개발을 가능하게 하였는데 이것은 건강과 안전 측면에서 장점이 있고 폐기와 관련된 오염이 없다(Song et al., 2013). LED는 발열량이 적고 수명이 길며 정확한 파장 방출을 가지고 있어서 보다 정확한 광량, 광색 제어가 가능하기 때문에 효율적인 광원이 될 수 있다(Qin et al., 2009; Kim et al., 2015). 또한 LED 조명은 고품질의 무공해 식품을 생산할 뿐만 아니라 수생생물의 증식률을 향상시키는 것으로 나타났다(Qiu et al., 2015).

집중적인 실내 양식은 빛을 쉽게 조작할 수 있기 때문에 참담치(M. unguiculatus) 인공종자생산이 성공할 수 있도록 최적의 광색을 결정하는 것이 중요하다. 따라서 본 연구는 발광다이오드(LED)를 이용하여 참담치 치패의 다양한 광색(백색, 적색, 황색, 녹색, 청색)에 대한 성장, 생존, 생리적 반응(여과율) 차이를 비교하여 최적의 광색을 규명하는 것을 목표로 하였다.

Ⅱ. 연구 방법

3. 실험 디자인

실험구는 광색 기준으로 백색광(White, W), 황색광(Yellow, Y), 청색광(Blue, B), 적색광(Red, R), 녹색광(Green, G) 5개 실험구로 나누고, 조도 100 lx, 광주기는 24L:0D를 유지하여 3반복 실시하였다. 각 실험구별 조도와 광색은 spectroradiometer (PLA-30 Plant lighting analyzer, Hangzhou, China)를 이용하여 측정하였다[Fig. 1]. 광색별 최대 파장/광폭은 각각 백색광 634.8/235.6 nm (full-spectrum), 청색광 458.1/22.5 nm, 녹색광 523.4/36.5 nm, 황색광 584.4/16.8 nm, 그리고 적색광 621.8/24.2 nm로 나타났다. 각 실험구들은 서로의 간섭을 피하기 위하여 검은색 암막천으로 분리하여 외부의 빛이 전혀 들어오지 않도록 하였다. 실험을 시작하기 전 수조 바닥에 조도계(IM-2D, TOPCON, Japan)를 놓고 광세기를 조절하였다. 실험에 사용한 13W LED 전구(HUE, Philips, Netherlands)는 바닥에서 약 20 ㎝ 위쪽에 설치되었다[Fig. 2].

[Fig. 1]

The spectral composition of full spectrum-white (A), blue (B), green (C), yellow (D), red (E) spectra LEDs on the water surface.

[Fig. 2]

Schematic showing light color experiment of korean mussel, M. unguiculatus juveniles.

Ⅲ. 연구 결과

1. 각고 성장률

참담치 치패(M. unguiculatus)의 실험 초기 및 종료 시 각고 성장률은 <Table 1>에 나타내었다. 실험 초기 및 종료 시 각고는 황색광 실험구가 각각 7.29±0.57 ㎜, 8.37±1.00 ㎜로 유의적으로 가장 작았다(p<0.05). 각고 성장률은 황색광 실험구가 14.97±11.83%로 유의적으로 가장 낮았으며(p<0.05), 녹색광 실험구가 25.99±11.06%로 유의적으로 가장 높게 나타났다(p<0.05).

<Table 1>

Initial and final shell height and growth rate with light color of koeran mussel, M. unguiculatus juveniles

2. 전중량 상대성장률

참담치 치패 M. unguiculatus의 실험 초기 전중량, 실험 종료 전중량, 그리고 상대성장률(Specific growth rate, SGR)은 <Table 2>에 나타내었다. 실험 초기 및 실험 종료 시 전중량은 황색광 실험구가 각각 0.051±0.013 g, 0.076±0.024 g으로 유의적으로 가장 작았다(p<0.05). 상대성장률은 황색광 실험구가 1.33±1.19%/day로 유의적으로 가장 낮았으며(p<0.05), 청색광 및 녹색광 실험구가 각각 1.77±0.56%/day, 2.05±0.74%/day로 유의적으로 가장 높게 나타났다(p<0.05).

<Table 2>

Initial and final total weight and specific growth rate with light color of korean mussel, M. unguiculatus juveniles

4. 여과율

참담치 치패(M. unguiculatus)의 여과율은 [Fig. 3]에 나타내었다. 참담치 치패의 광색별 여과율은 황색광 실험구에서 15.60±4.47 ㎖/g/hr로 가장 낮은 값을 나타냈으며, 녹색광 실험구에서 22.28±6.63 ㎖/g/hr로 가장 높은 값을 나타났지만 실험구 간의 유의적인 차이는 보이지 않았다(f=1.834, p=0.162).

[Fig. 3]

Filtration rate with different light color of korean mussel, M. unguiculatus juveniles. Error bars represent standard deviation (n=5). Same superscripts indicate non-significant differences (p>0.05, Tukey’s HSD test).

Ⅳ. 결 론

빛은 세포 주기와 광합성을 조절하며, 적색광과 청색광은 광합성의 주요 스펙트럼 범위이다(Kühl et al., 1995). 빛을 인지할 수 있는 기관을 가지고 있는 표서생물들은 조도, 광주기, 광색 등의 빛에 의한 영향을 받을 수 있다. 특히 광색은 특유의 파장에 의해서 투과할 수 있는 수심이 달라 식물플랑크톤 분포를 결정할 수 있는 요소이므로 이것을 포식하는 생물들의 수직적 분포를 결정할 수 있는 요인이 될 수 있다. 본 연구는 참담치 치패에 대해 광색에 따른 성장, 생존, 여과율을 분석, 비교함으로써 효율적인 육상양식시설 설치에 대한 기초자료로 활용되기 위하여 실시되었다.

참담치 치패의 광색에 따른 성장률 비교 연구에서 황색광 실험구가 각고 성장률(GR_SH)과 전중량 상대성장률(SGR)이 각각 14.97±11.83%, 1.33±1.19%/day로 다른 광색 실험구에 비해 유의적으로 가장 낮게 나타났다(p<0.05). 반면에 녹생광 실험구에서 각고 성장률과 전중량 상대성장률이 각각 25.99±11.06%, 2.05±0.74%/day로 다른 실험구에 비해 유의적으로 가장 높게 나타났다(p<0.05). 녹색광은 효과적으로 어류의 스트레스 저항성을 강화할 수 있는 반면, 장파장인 적색광은 어류에 압력을 가하고 나아가 생리적 기능에 부정적인 영향을 미치는 경향이 있는 것으로 나타났다(Choi et al., 2014, 2015). 반면, 단파장인 청색광과 녹색광은 어류의 경우 barfin flounder, Verasper moseri (Yamanome et al., 2009), Spotted halibut Verasper variegatus, Japanese flounder Paralichthys olivaceus (Shimizu et al., 2019), turbot, Scophthalmus maximus (Wu et al., 2021), 갑각류는 giant freshwater prawn, Macrobrachium osenbergii (Wei et al., 2021), whiteleg shrimp, Penaeus vannamei (Fei et al., 2020a; b), 극피류 sea urchin, Strongylocentrotus intermedius (Yang et al., 2020) 그리고 연체동물은 pacific ablone, Haliotis discus discus (Gao et al., 2016), Babylonia areolata (Zhong et al., 2023)의 성장을 촉진할 수 있는 것으로 나타났다. 백색 배경은 어류의 성장을 촉진하는 것으로 나타났으며, 흑색 배경에 비해 백색 배경에서 사육된 어류의 뇌에서 멜라닌 농축호르몬(Melatonin Concentration Hormone, MCH) 체세포 및 조직 함량의 증가에 근거하여 MCH와의 연관성을 제시하였다(Amiya et al., 2005, 2008; Yamanome et al., 2005). 또한 Takahashi et al.(2018)는 녹색광을 이용한 조도가 성장과 내분비기능에 미치는 영향에 대한 연구에서 조도 의존적 성장이 관찰되었으며, 이는 MCH와 관련이 있는 것으로 제시되었다. Shimizu et al.(2019)도 녹색광과 청색광이 체세포 성장을 촉진하는 가장 효과적인 색이며, 더 긴 파장인 적색광에서는 약한 자극을 생성하였는데 이는 MCH와 연관이 있다고 하였다.

연체동물의 광색에 대한 연구는 많지 않지만, Gao et al.(2016)의 연구에서는 abalone, Haliotis discus hannai 유생이 청색 및 녹색광(단파장)에서 현저하게 증가된 성장을 보였으므로, 배아 발달 중에 발생된 조직이나 기관, 특히 안점(eye-spot) 출현 이후에, 서로 다른 광색에 반응할 가능성이 있으며, 안점의 일부 광색소는 유생의 광색 식별 능력에 상당한 영향을 미칠 수 있다고 하였다. 또한 청색광 자극이 giant clam인 Tridacna noae, T. squamosa, T. squamosa의 성장 및 탄산염의 침착을 상당히 촉진한다고 하였다. 이러한 요인으로 청색광이 광합성 효율을 증가시키고, 내부 pH 및 탄산염 광물의 포화를 높여 조개 껍질 형성에 중요한 요소인 칼슘의 대사를 증가시키기 때문이라고 하였다(McConanughey et al. 1997; Ip et al. 2018; Chew et al. 2019; Rossbach et al. 2019). Blue mussel, Mytilus edulis는 적색광의 24시간 연속 노출이 그림자 반응(shadow response)를 담당하는 광수용체 세포의 더 낮은 증식률을 유도하면서 낮은 성장을 보였다(Nielsen and Strömgren, 1985).

참담치 치패의 광색에 따른 생존율 비교 연구에서는 황색광과 녹색광이 모두 98.3±2.9%로 다른 실험구보다 낮은 값을 보였지만 유의적인 차이가 없었으며, 98% 이상의 생존율을 보이고 있어 광색은 생존에는 영향을 주지 않는 것으로 판단된다.

참담치 치패의 광색에 따른 여과율 비교 연구에서는 황색광 실험구가 15.60±4.47 ㎖/g/hr로 가장 낮은 값을 나타냈으며, 녹색광 실험구에서 22.28±6.63 ㎖/g/hr로 가장 높은 값을 나타났지만 실험구 간의 유의적인 차이는 보이지 않았다. Christoforou et al.(2023)는 blue mussel, M. edulis가 녹색광 실험구에서 패각 개폐 빈도와 개방 시간 비율이 높아 백색광, 적색광에 비해 더 활동적인 모습을 보였다고 하였다. 또한 어류의 경우 녹색광 조건에서의 MCH 증가는 멜라토닌(melatonin) 분비를 촉진하며 이로 인해 먹이량 섭취 증가와 체세포 성장으로 연결되어진다(Shimizu et al., 2019). 이러한 이유로 녹색광에서 참담치 치패의 먹이 섭취 활동이 증가하였고, 다른 광색 조건보다 더 높은 각장, 각고, 전중량 성장을 보인 것이라고 추측된다. 하지만 이후 참담치의 광색에 대한 생리적 기작에 대한 추가 연구가 필요할 것이라고 사료된다.

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