슬기로운 남극 물고기(남극생물학자의 연구노트 5)

남극해의 극순환류에 원천 봉쇄된 남극 물고기
국제수로기구(IHO)는 남극해를 남위 60도 이남으로 남극 대륙을 둘러싸고 있는 바다라고 정하고 있으며, 정확한 명칭은 남빙양(南氷洋, Antarctic Ocean)이다.
약 5,500만 년 전 남극 대륙은 남아메리카 대륙으로부터 떨어져 나가기 시작하였고, 3,000만 년이 지나 남극 대륙을 휘감고 도는 극순환류(circumpolar currents)가 형성되었다. 극순환류는 지구상에서 가장 큰 물줄기이며 초당 1억 3,000만m3 이상의 빠른 속도로 순환하는 해류로 남극해의 수온을 1.5℃에서 -1.9℃ 범위를 유지하고 있다. 따라서 남극 대륙이 형성되던 때부터 남극 물고기는 따뜻한 곳으로 빠져나가고 싶어도 거대한 해류의 벽에 갇히게 되었다. 극순환류는 또한 저위도의 따뜻한 바닷물과 외래종의 유입을 차단시켰다.

영하의 수온에서 남극 물고기의 진화와 적응
남극 물고기는 문헌마다 조금씩 차이는 있지만, 5개의 과, 약 123종이 알려져 있다. 분류체계에서 단일의 목(Order)인 남극암치아목으로 구성된 점이 특징이다. 남극빙어를 비롯하여 남극해에서만 살아가는 남극 물고기는 영하의 수온에 여러 방법으로 적응했다.
남극 물고기는 결빙방지 단백질을 생성하여 혈액과 체액이 얼어붙지 못하도록 진화하거나 물고기에게 필수적인 부레를 없애고 대신 가벼운 연골을 택하여 운동에 필요한 에너지 소모를 줄이기도 했다. 극야와 백야의 환경에 영향을 받지 않도록 생체시계 유전자가 없거나 작동하지 않는 종도 있으며 남극해에 풍부하게 녹아있는 산소를 다른 물고기에 비해 3배 크게 발달한 심장으로 공급하고 피부호흡을 통해 보충하는 대신, 헤모글로빈이 1/10에 불과한 종 등 여러 가지 방법으로 진화했다. 남극 물고기는 인간으로 치자면 빈혈, 골다공증, 면역력의 이상과 저하에 걸린 셈인데, 그들의 생리를 밝히면 질병 치유와 치료제 개발의 가능성도 열리는 것이다.

남획과 기후변화로부터 남극 물고기 보전
크릴 남획 못지않게 어류의 무차별적인 남획이 남극 물고기와 남극 해양생태계를 위협하고 있다. 남극 물고기의 상업적 어획이 성행하면서 개체수는 빠르게 감소했다. 1969~1973년 동안 개체수는 50%까지 고갈되었고, 10년 후에는 남은 자원량이 어업 이전의 20% 수준에 불과하게 되었다. 심각성을 인지하고 남극해양생물자원보존위원회(CCAMLR)를 설립하여 여러 지역의 어업을 폐쇄했지만, 이미 개체수는 회복이 불가능할 정도로 줄어들었고, 전면적으로 조업 금지를 결정할 무렵에는 전 자원량의 5~10% 미만으로 감소했다.
물고기 수가 인위적으로 감소하는 와중에 남극에 닥친 기후변화의 영향도 남극 물고기를 비켜가지 않는다. 해빙 아래에서 해조류와 크릴을 먹고, 얼음 속에서 포식자를 피해왔던 남극 물고기에게 기후변화는 멸종을 재촉하는 셈이다. 한편 높아지는 바닷물의 온난화 스트레스에서 남극 물고기가 행동방식을 바꾼다는 논문이 공개되었다. 연구진들은 남극 물고기가 수온이 올라갈 때 지느러미를 집중적으로 움직이는 행동을 호흡이 용이하기 위함으로 추정했다. 남극 물고기가 기후변화에 대응할 수 있는 능력을 어느 정도 보유하고 있다는 결론이지만, 수천만 년 동안 살아온 남극해의 수온이 변화한다면 남극 물고기에게는 새로운 시련이 될 것이다.

국내 최초로 남극 물고기 연구의 첫걸음인 전용 아쿠아리움 시설을 제작하고
남극 물고기의 보전과 수산자원 활용 관련 실험과 연구를 이어가
남극에서 남극 물고기 연구기간은 최대 3개월이다. 그 외의 기간은 바다가 얼어붙고 해빙이 밀려와 물고기를 채집할 수도 없고, 연구를 위해 살려놓은 물고기에게 해수를 공급하기도 불가능하다. 따라서 김진형 박사는 영국의 남극연구소와 호주 남극연구소의 아쿠아리움을 참고하여 우리나라에서 남극 물고기 전용 아쿠아리움을 제작하였다. 남극 물고기에게 알맞은 수온을 유지할 냉각장치와 노폐물 제거를 위한 장치를 고안했으며 에너지를 절약하기 위한 열교환기 시스템까지 적용하여 국내 특허로 등록되었다. 안정된 조건에서 남극 물고기를 키우며 남극에 가지 않고도 장기 연구를 할 수 있게 됐다. 또한 남극 물고기에게 영양가가 높고 가성비가 좋은 젤라틴을 사용한 사료도 세계 최초로 개발했다.
김진형 박사가 남극 물고기를 국내로 들여온 목적은 인공번식을 위해서이다. 세계적으로 연구목적 이라면 남극 물고기의 채집과 실험이 가능하지만 한계가 따른다. 김진형 박사 팀은 2018년 세계 최초로 남극대륙이 아닌 북반구에서 남극 물고기의 인공수정을 시도했지만 수컷 개체가 없어서 산란유도 성공과 산란수 계측이라는 성과를 얻고 마무리되었다. 그후 2021년 채집된 검은지느러미남극빙어와 남극에메랄드암치의 암수 모두를 확보하여 산란과 인공수정 실험을 마쳤다. 미네랄과 불포화지방산의 함량이 높은 크릴을 먹고 사는 남극 물고기의 양식이 성공한다면 영양가 있는 미래식량자원의 개발과 더불어 남극 생태계를 보전하는 데도 도움이 되고 어족자원을 늘이는 데도 기여를 하게 될 것이다.

머리말 04
남극 해양생물 먹이망 08
남극 물고기의 종류와 분류 09
수심에 따른 남극 물고기의 분포 10
남극 물고기가 영하의 남극해에서 살아남는 비결 11

제1부 남극 물고기, 그 쿨한 생명의 이야기
크릴도 있고, 펭귄도 있는데 물고기는 없다고?! 14
남극 바다에 적응한 남극 물고기의 특징 18
어떤 물고기가 남극해에서 살아갈까? 22
그 많던 물고기는 다 어디로 갔나? 34
남극 물고기는 왜 수족관에서는 볼 수 없을까? 38

제2부 남극 물고기, 그들만의 리그
꼼짝 마! 갇혀 있는 남극 물고기?! 46
어떻게 살아남았지? 50
차갑지만 달달한 남극 물고기의 선물 56
차갑고 날카로운 얼음장 속 놀이터 59

제3부 남극 물고기, 그 특별함에 대하여
에일리언? 하얀 피를 가진 유일한 척추동물 64
뼈대 없는 가문? 쓸데있는 여유로운 자태 69
몸속 스마트 시계 73
미래 자원? 무한 도전! 78

제4부 남극 물고기, 만남과 동행의 이야기
남극에서 빨간 대야의 용도는? 84
앗 괴물이 잡혔다!? 90
목화씨를 들여온 문익점 vs 남극 물고기를 들여온 김박사 95
공룡을 보고 슈퍼 도마뱀을 그리다 101

제5부 남극 물고기, 그 베일을 벗다
한국에서 연구하는 남극 물고기 110
남극 물고기만을 위한 쿠킹클래스 114
역시 몬스터?! 통째로 삼키다 121
남극의 갯바위가 그리운 남극 물고기 125
남극 물고기, 한반도에 뿌리내리기 129

참고문헌 134
찾아보기 138

김진형 2021년 12월 초 한국에서 남극 세종기지로 출장을 떠났다. 2022년 1월 첫 주인 현재 남극 물고기 전용 세종아쿠아존을 개보수 하고 있다. 수리가 원활하게 이루어지고 날씨가 좋으면 주말쯤에는 남극 바다로 나가 남극 물고기 채집을 할 수 있다고 한다. 시험적으로 유빙이 떠다니는 세종기지의 부두 근처에서 남극검은암치를 낚시로 채집했다. 이번 연구기간에 처음으로 채집한 남극검은암치는 세종아쿠아존에서 귀중한 연구대상이 될 것이다.
김진형 박사는 극지 어류를 대상으로 남극과 북극의 환경에 특이하게 적응하여 진화해 온 해양생물의 대사, 생리, 유전학적 특성을 밝히는 연구를 수행하고 있다. 최근 가장 깊은 관심을 가지고 있는 연구방향은 극지 어류의 수산자원화 가능성을 타진하기 위한 양식생물학적 연구와 유용물질 추출 및 활용연구이다.
현재 극지연구소 책임연구원이며 과학기술인연합대학원 극지과학 교수, 한양대학교 해양융합공학과 겸임교수로 바쁜 생활을 보내고 있다. 인하대학교에서 해양 및 양식 환경평가를 위한 황복의 분자 환경생물학적연구로 박사학위를 받았으며 2012년부터 4년간 캐나다 수산해양부, 양식 및 해양환경 연구소에서 박사 후 연구원을 지냈다. 서른의 나이에 만학의 꿈을 가지고 시작한 해양생물 연구는, 국내 최초의 극지 어류 전문연구자라는 길로 이어져왔다. 도움 받을 관련 연구자도 없고 참고할 선행연구도 부족한 상황에서 많은 어려움이 있지만, 다음 연구자에게 길을 열어준다는 마음으로 하나둘 어려움을 이겨내고 극지 어류분야를 선도해 나가고 있다.