Analysis of the cause of shifts in algal taxa and abundance over 50 years in an oligotrophic lake in central NY

뉴욕주 피거 레이크스(Finger Lakes) 깊은 곳에 자리 잡은 50년 된 시간 캡슐, 물을 상상해 보십시오. 이곳은 스카네아텔레스 호수(Skaneateles Lake)로, 1894년부터 시러큐스(Syracuse)의 여과되지 않은 식수원으로 사용되어 온 결정처럼 맑고 영양분이 적은(빈영양 상태의) 수역입니다. 반세기 동안 시러큐스시는 물속에 살고 있는 아주 작은 떠다니는 식물(식물 플랑크톤)을 세는 일일 "조류 센서스(algal census)"를 수행해 왔습니다.

이 방대한 데이터셋을 파헤친 연구자들은 호수의 미세한 개체군이 단순히 시간이 흐름에 따라 서서히 표류한 것이 아니라, 게스트 명단이 완전히 바뀌는 두 번의 거대한 돌발 파티를 열었다는 사실을 발견했습니다. 첫 번째 거대한 변화는 1991년에 일어났고, 두 번째는 2008년이었습니다. 하지만 누가 새로운 손님들을 초대했고, 누가 기존의 손님들을 쫓아냈을까요? 그 답은 탐정 놀이, 현미경 마법, 그리고 외래종의 드라마가 뒤섞인 결과입니다.

위대한 1991년의 교체: "더 좋은 안경"의 사례

첫 번째 큰 놀라움은 Synechocystis라고 불리는 아주 작은 단세포 남조류의 폭발적인 증가였습니다. 1991년 이전에는 이들이 거의 보이지 않았으며, 남조류 전체 개체수의 0.1% 미만을 차지했습니다. 그런데 갑자기 1991년에 이들이 남조류 개체수의 평균 **93.0%**까지 치솟았습니다.

호수에 갑자기 이 작은 벌레들이 들끓게 된 것일까요? 논문은 아니라고 제안합니다. 대신 저자들은 호수를 관찰하는 "눈"의 변화를 지목합니다. 1988년, 새로운 기술자가 계수 업무를 맡게 되었습니다. 이 새로운 기술자는 기존의 100배 배율 대신 더 높은 배율(200배)의 현미경을 사용하기 시작했습니다.

이것을 이렇게 생각해 보십시오. 첫 번째 기술자는 쌍안경으로 호수를 보고 있었던 반면, 두 번째 기술자는 고성능 망원경으로 전환한 것입니다. 아주 작은 Synechocystis 세포(약 1–2 µm)는 너무 작아서 "쌍안경"으로는 사실상 보이지 않았습니다. 새로운 "망원경"이 벌레를 더 많이 만들어낸 것이 아니라, 이미 그곳에 존재하던 벌레들을 마침내 볼 수 있게 해준 것입니다. 논문은 이 1991년의 변화가 생태계의 변화라기보다 방법론적 변화—즉, 우리가 보는 방식의 변화—였을 가능성이 높다고 주장합니다.

2008년의 변화: 진짜 생태적 드라마

1991년이 빛의 착시였다면, 2008년은 실제 생태학적 지진이었습니다. 이번에는 단순히 작은 것을 더 잘 보게 된 문제가 아니라, 호수의 전체적인 군집 구조 자체가 변했습니다.

침입자들의 도착
논문은 외래 침입종인 담수 홍합의 등장을 주요 용의자로 꼽습니다. 제브라 홍합(Zebra mussels)은 1995년경 처음 나타났지만, 2008년에는 그들의 사촌 격인 **쿼가 홍합(Quagga mussels)**이 그 자리를 대체하고 있었습니다.

• 비유: 호수를 거대한 뷔페라고 상상해 보십시오. 제브라 홍합은 가장자리(얕고 바위가 많은 부분) 근처의 테이블에만 앉는 손님들이었습니다. 하지만 쿼가 홍합은 호수의 부드럽고 깊은 바닥까지 포함하여 어디든 앉을 수 있는 손님들입니다. 스카네아텔레스 호수는 깊고 차갑기 때문에, 쿼가 홍합이 뷔페 전체를 장악했습니다.
• 효과: 이 홍합들은 매우 효율적인 여과 섭식자입니다. 이들은 일반적인 조류(규조류나 녹조류 등)를 먹어 치우지만, 너무 작거나 맛이 없으면 남조류는 그냥 내버려 두기도 합니다. 2008년 무렵, 홍합들은 경쟁자들을 식탁에서 치워버렸고, 그 결과 남조류가 마음껏 먹고 번식할 수 있는 환경을 만들었습니다.

온난화
홍합들이 그 역할을 수행하는 동안, 호수에도 따뜻한 담요가 덮이고 있었습니다. 논문은 여름철(5월~9월) 수온이 10년마다 0.8°C씩 상승하고 있다고 언급합니다. "성장기"—물이 15°C 이상을 유지하는 기간—는 1970년대 평균 116일에서 2020년대에는 143일로 늘어났습니다.

• 비유: 남조류는 열기를 좋아하는 일광욕객과 같습니다. 여름이 길어질수록 그들이 파티를 열 수 있는 시간도 늘어납니다. 논문은 열기가 직접적으로 숫자의 급증을 일으킨 것은 아니지만, 그들이 성장하는 것을 막았던 "장벽"들을 제거하여 경쟁 우위를 점하게 해주었다고 제안합니다.

영양분의 미스터리
더 많은 먹이(영양분)가 파티를 유발했을 것이라고 예상할 수도 있습니다. 논문은 조류의 주요 연료인 인(phosphorus) 수치를 살펴보았습니다.

• 반전: 데이터에 따르면 총 인(TP) 수치는 기록 대부분의 기간 동안 낮게 유지되었습니다. 그러나 2014년경부터 약 15.5 µg L-1(기존 기준치의 약 3배)로 상승하는 기이하고 일시적인 급증이 나타났습니다.
• 연결 고리: 이 급증은 2014년에 발견된 Microcystis라는 다른 잠재적 유해 남조류의 첫 출현과 일치했으며, 이는 2017년에 기록된 첫 번째 유해 조류 발생(cHAB)으로 이어졌습니다. 논문은 이 영양분 급증이 Microcystis가 자리를 잡는 데 도움을 주었을 수 있지만, 이것이 영구적인 변화인지 아니면 일시적인 오류인지는 불분명하다고 제안합니다.

논문이 제외한 요인들

무엇이 이러한 변화를 일으키지 않았는지 아는 것도 중요합니다. 저자들은 몇 가지 사항을 명시적으로 확인하고 제외했습니다.

• 강우와 유출수: 그들은 거대한 폭풍 사건과 유입량을 조사했습니다. 2015년의 대규모 폭풍이 일시적인 조류 급증을 일으키기는 했으나, 강우와 1991년 또는 2008년의 장기적 변화 사이에는 일관된 연관성이 없었습니다.
• 단순한 온도 문제: 호수가 따뜻해지긴 했지만, 논문은 1992년 이후의 온도와 조류 세포 수 사이에 직접적인 상관관계가 없음을 발견했습니다. 열기가 도움을 주긴 했지만, 그것이 유일한 동력은 아니었습니다었습니다.
• 영양분만이 유일한 원인이라는 가설: 논문은 인(phosphorus)만이 모든 것을 통제한다는 생각에 반박합니다. 큰 변화들은 영양분 급증 이전에 일어났으며, 호수는 "빈영양 상태(낮은 영양 상태)"를 유지하면서도 변화했습니다.

결론

그렇다면 50년 동안 스카네아텔레스 호수에는 어떤 일이 일어났을까요?

1. 1991년: 우리는 더 좋은 현미경을 갖게 되었고, 아주 작은 벌레들이 원래 그곳에 있었다는 사실을 깨달았습니다.
2. 2008년: 호수가 실제로 변했습니다. 외래종인 쿼가 홍합이 깊은 물 속으로 들어와 경쟁자들을 먹어 치웠고, 남조류가 장악하도록 허용했습니다. 더 따뜻하고 길어진 여름은 그들이 파티를 즐길 추가 시간을 제공했습니다.
3. 2014년: 일시적인 영양분 급증이 특정 유해 남조류(Microcystis)의 도착을 도왔을 수 있으며, 이는 수십 년 만에 처음으로 실제적인 "나쁜 조류 발생"으로 이어졌습니다.

논문은 단 하나의 요인만 탓할 수 없다고 결론짓습니다. 그것은 단지 날씨 때문도, 단지 영양분 때문도 아니었습니다. 그것은 더 나은 계수 방법, 외래 침입종, 그리고 기후 변화가 함께 작용하여 만들어낸 완벽한 폭풍이었습니다. 교훈은 무엇일까요? 호수를 이해하려면 단 하나의 조각이 아니라 전체 그림을 보아야 한다는 것입니다.