학문
냉철한라마35
생물 농축 현상을 통해 먹이사슬 상위 포식자에게 독소가 쌓이는 원리가 궁금해요
중금속이나 중성 지방에 잘 녹는 난분해성 화학 물질(DDT, 수은 등)이 체내에서 배출되지 않고 먹이사슬 위 단계로 올라갈수록 농도가 수만 배 이상 높아지는 생물 농축 메커니즘과 환경 생태학적 위험성이 알고 싶어요.
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 질문해주신 생물 농축과 생물 증폭은 환경에 존재하는 유해 화학 물질이 생물의 몸속에 축적되고, 먹이사슬의 상위 단계로 갈수록 체내 농도가 높아지는 현상입니다. 특히 수은이나 디디티처럼 환경에서 쉽게 분해되지 않거나 생물의 몸에서 잘 배출되지 않는 물질은 먹이사슬을 따라 이동하면서 생태계에 장기적인 영향을 줄 수 있습니다. 이때 한 개체가 주변 환경에서 물질을 흡수하여 체내에 축적하는 현상은 생물축적이라고 하며, 먹이사슬의 상위 단계로 갈수록 물질의 농도가 높아지는 현상은 생물 증폭이라고 합니다.
이러한 현상이 발생하는 핵심 원리는 유해 물질의 유입 속도가 분해, 대사, 배출을 통한 제거 속도보다 빠를 수 있다는 점인데요, 예를 들어 물에 매우 낮은 농도의 오염 물질이 존재하더라도 플랑크톤이 물을 통해 이를 흡수하거나 오염된 먹이를 섭취하면 체내에 물질이 축적될 수 있습니다. 작은 동물성 플랑크톤을 작은 물고기가 다량 섭취하고, 그 물고기를 큰 물고기가 다시 여러 마리 잡아먹는 과정이 반복되면 상위 포식자는 오염 물질이 축적된 먹이를 지속적으로 섭취하게 됩니다. 각 단계에서 물질이 충분히 분해되거나 배출되지 않으면 상위 포식자의 조직에 높은 농도로 남게 됩니다.
특히 디디티와 같은 지용성 물질은 지방 조직에 잘 분포하고 체내에서 쉽게 분해되지 않아 장기간 축적될 수 있습니다. 먹이사슬 상위에 있는 동물은 오염된 먹이를 반복해서 섭취하므로 체내에 축적되는 총량이 커질 수 있습니다. 수은도 중요한 오염 물질이지만, 모든 형태의 수은이 똑같이 행동하는 것은 아니며, 수생 생태계에서 미생물 등에 의해 생성될 수 있는 메틸수은은 생물체에 잘 흡수되고 배출이 느려 생물 증폭이 뚜렷하게 나타납니다. 반면 수은의 다른 화학적 형태는 흡수와 축적 양상이 다를 수 있습니다. 또한 생물 증폭은 개체의 건강뿐 아니라 생태계 전체에도 영향을 미칩니다. 디디티는 조류의 칼슘 대사에 영향을 주어 알껍데기를 얇게 만들고 번식 성공률을 낮출 수 있으며, 메틸수은은 신경계에 손상을 일으킬 수 있으며, 특히 태아와 어린 개체처럼 신경계가 발달하는 시기에 더욱 위험할 수 있습니다. 오염 물질이 상위 포식자에게 집중되면 맹금류나 대형 어류처럼 개체 수가 적거나 번식 속도가 느린 종의 생존과 번식에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 또한 오염된 어류를 사람이 섭취하면 인체에도 유해 물질이 유입될 수 있습니다. 다만 모든 오염 물질이 먹이사슬을 따라 반드시 농축되는 것은 아닌데요, 물질의 분해 가능성, 지방에 대한 친화성, 생물체의 흡수와 배출 능력, 먹이 관계와 서식 환경 등에 따라 축적 정도가 달라집니다. 또한 농도가 수만 배 높아지는 현상도 모든 물질과 생태계에서 일정하게 나타나는 것은 아닙니다. 감사합니다.
채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
DDT 메틸수은처럼 잘 분해, 배출되지 않는 물질은 개체 몸에 축적되고 상위 포식자가 오염된 먹이를 반복 섭취하면서 먹이 사슬 위로 갈수록 농도가 높아집니다. 이를 생물농축, 생물증폭이라 하며 번식 신경계 손상을 일으킬 수 있습니다.
생물 농축은 난분해성 독성 물질이 먹이사슬을 거치며 상위 포식자로 갈수록 농도가 폭발적으로 증가하는 현상입니다.
DDT나 수은 같은 물질은 물에 잘 녹지 않고 생물의 지방 조직에 쉽게 결합하는 지용성을 띄는데, 체내에 들어온 독소는 자연적으로 잘 분해되거나 배출되지 않고 평생에 걸쳐 축적됩니다.
그래서 먹이사슬 상위 단계로 에너지가 전달될 때, 하위 단계가 지니고 있던 독소는 고스란히 포식자에게 이동합니다.
그런데, 상위 포식자는 생존을 위해 하위 생물을 대량으로 섭취해야 하므로 체내 독성 물질 양이 기하급수적으로 늘어나게 되고, 이 과정이 반복되면서 최상위 포식자의 몸에는 최초 환경 농도의 수만 배에 달하는 독소가 쌓이게 됩니다.
과거 살충제인 DDT는 조류의 칼슘 대사를 교란해 얇은 알껍데기를 만들고 부화율을 치명적으로 떨어뜨렸으며, 수중 생태계의 수은 역시 소형 어류에서 참치 같은 대형 어류로 이동해 종착적으로는 인간의 신경계까지 영향을 줄 수 있습니다.
특히 최상위 포식자는 개체 수가 적고 번식률이 낮아 독소로 인한 면역력 저하와 번식 실패가 곧바로 멸종 위기로 이어질 수 있습니다.
안녕하세요, 냉철한라마35님. 이중철 전문가입니다.
우선, 생물 농축은 중금속이나 디디티(DDT)처럼 쉽 분해되지 않고 지방에 잘 녹는 유해 물질이 체외로 배출되지 않고 쌓여, 먹이사슬을 따라 상위 영양 단계로 갈수록 그 농도가 수만 배 이상 폭증하는 현상이랍니다.
■ 난분해성과 지용성에 따른 체내 잔류 및 축적
디디티나 수은, 피시비(PCB) 같은 물질은 자연계에서 미생물에 의해 분해되지 않는 안정한 화학 구조를 지닙니다. 동시에 물에 잘 녹지 않고 지방 조직과 강하게 결합하는 지용성 성질을 띠는데요. 생물이 호흡이나 섭식을 통해 흡수하면, 수용성 노폐물처럼 소변이나 땀으로 몸 밖으로 배출되지 못합니다. 배출 속도보다 흡수 속도가 훨씬 빠르다 보니 지방 세포나 신경 조직에 반영구적으로 축적되어 수명이 다할 때까지 체내 잔류 농도가 계속해서 짙어진답니다.
■ 영양 단계 상승과 최상위 포식자의 생태적 위험
생태계 피라미드에서 다음 영양 단계로 전달되는 에너지는 약 10퍼센트에 불과합니다. 따라서 상위 포식자는 생명을 유지하기 위해 자기 몸무게의 수십 배에 달하는 하위 영양 단계 생물을 섭식해야 하는데요. 이때 하위 생물 몸속에 축적된 독소는 배설되지 않고 상위 포식자에게 고스란히 압축 전달됩니다. 물속 플랑크톤에서 시작된 미량의 독소라도 최상위 포식자인 맹금류나 해양 포유류, 사람에게 도달하면 수십만 배로 농축되는데요. 이로 인해 조류의 알껍데기가 얇아져 깨지거나 신경 마비, 번식 실패가 발생해 개체군이 붕괴하게 되는 것이지요.
정리하자면,
생물 농축은 배출되지 않는 지용성 난분해성 물질이 지방 조직에 누적되는 특성과 하위 생물을 대량 섭취해야 하는 먹이사슬 구조가 맞물려 발생하며, 최상위 포식자에게 독소를 집중시켜 생식 장애와 생태계 파괴를 일으키는 치명적인 환경 재앙이랍니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉