ICP-OES Determination of Metal Bioaccumulation in Caulerpa racemosa ramuli from Guánica, Puerto Rico

기술 요약: 푸에르토리코 과니카(Guánica) 지역의 Caulerpa racemosa Ramuli 내 금속 생체 축적에 대한 ICP-OES 결정

문제 제기
해조류, 특히 Caulerpa 종(sea grapes)은 영양 및 생화ochemical 특성으로 인해 새로운 식품 시장에서 가치 있는 자원으로 점점 더 주목받고 있으나, 카리브해 개체군의 원소 조성에 관한 지식은 현저히 부족한 실정이다. 기존 문헌은 동남아시아와 열대 호주의 재배 개체군에 집중되어 있다. 또한, 해조류의 원소 프로파일은 역동적이며 국지적인 물리화학적 변수에 의해 제어되므로, 인도-태평양 지역의 데이터를 카리브해 생태계에 그대로 적용할 수는 없다. 따라서 푸에르토리코 토착 Caulerpa racemosa의 원소 생체 축적 프로파일에 대한 기초 데이터를 구축하여, 이들의 식품으로서의 안전성을 평가하고, 지역 환경 품질을 측정하며, 해양 바이오테크놀로지에서의 잠재력을 탐색하는 것이 시급하다.

연구 방법
본 연구는 2025년 3월 푸에르토리코 과니카의 타마린도 해변(Tamarindo Beach) 아조니대(subtidal zone)에서 채집된 Caulerpa racemosa var. ramuli의 원소 조성을 규명하기 위해 유도 결합 플라즈마 발광 분광법(ICP-OES)을 사용하였다.

• 시료 채취: 신선한 해조류 생물량(약 1 kg)과 인접 해수 샘플(3반복 채취)을 확보하였다.
• 전처리: 부착 생물과 염분을 제거하기 위해 증류수로 해조류 샘플을 세척한 후, 공기 건조하고 직립형 ramuli를 줄기(stolon) 및 근상사(rhizoid)로부터 분리하였다.
• 용해: 1.0 g의 신선한 ramuli를 2% 질산(HNO₃)을 이용한 마이크로파 보조 용해법(microwave-assisted digestion)을 통해 200°C에서 용해하였다.
• 분석: 용해된 해조류 샘플과 여과된 해수를 대상으로 61가지 화학 원소(주요 원소, 미량 원소, 중금속 및 희토류 원소)를 분석하였다.
• 계산: 축적 효율을 결정하기 위해 생체 농축 계수(BCF)를 계산하였으며, 이는 해수 대비 해조류 조직 내 분석물의 농도 비율로 정의되었다. 축적 정도는 낮음(BCF < 100), 중간(100–1000), 높음(> 1000)으로 분류하였다.

주요 결과

• 원소 프로파일: 주변 해수에서는 61개의 원소가 검출되었으나, C. racosa ramuli 생물량에서는 11개의 원소만 검출되었다. 이는 환경을 수동적으로 반영하는 것이 아니라 독특한 선택적 흡수 기작이 존재함을 나타낸다.
• 선택적 축적: 해조류 조직은 붕소(B), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr), 크롬(Cr)에서 상대적으로 높은 농도를 보였다. 이터븀(Yb)과 망간(Mn)은 가장 낮은 농도로 검출되었다.
• 생체 농축 계수 (BCF):
  • 높은 축적 (BCF > 1000): 레늄(Re), 지르코늄(Zr), 가돌리늄(Gd)이 높은 축적을 보였다. 특히 Re는 10,000을 상회하는 가장 높은 BCF를 나타냈다.
  • 중간 축적 (BCF 100–1000): 이터븀(Yb)과 탄탈륨(Ta).
  • 낮은 축적 (BCF < 100): 망간(Mn), 비스무트(Bi), 리튬(Li), 크롬(Cr).
• 중금속 존재: 해수에는 알루미늄(Al), 비소(As), 납(Pb)이 가장 풍부하게 포함된 다양한 중금속 프로파일이 존재했다. 니켈(Ni), 카드뮴(Cd), 수은(Hg)은 해수에는 존재했으나 해조류 조직에서는 검출되지 않았다. 반면, 크롬(Cr)은 해조류 조직에서 검출된 유일한 중금속으로, 약 95 µg/kg의 농도를 보이며 해수 대비 농축된 양상을 나타냈다.
• 고유 원소: 붕소(B)와 베릴륨(Be)은 인접 해수에서는 발견되지 않고 해조류 조직에서만 독점적으로 검출되었다. 붕소는 주요 고유 원소(~5,000 µg/kg)였으며, 베릴륨은 약 450 µg/kg 존재했다.

의의 및 주장
본 논문은 이러한 결과가 카리브해 C. racosa의 원소 프로파일에 대한 새로운 기초 정보를 제공하며, 해양 생물 모니터링을 위한 활용 가능성을 뒷받침한다고 주장한다.

• 생물 지표 잠재력: 크롬(Cr)의 선택적 축적은 C. racosa가 국지적 금속 오염의 생물 지표(bioindicator) 역할을 할 수 있음을 시사한다. 특히 해조류에서 생리학적 역할이 알려지지 않은 베릴륨(Be)의 존재는 비필수 미량 원소를 축적하는 본 종의 능력을 입증하며, 생물 모니터링 대리인으로서의 조사를 정당화한다.
• 인위적 지표: 자연 해수에서 매우 낮은 농도로 존재하는 원소들인 레늄(Re), 탄탈륨(Ta), 지르코늄(Zr)의 높은 농축은 연구 지역 내 잠재적인 인위적 오염원을 시사한다.
• 신중한 해석: 저자들은 레늄(Re)의 이례적으로 높은 농도가 일반적이지 않으며, 이 특정 발견을 해석할 때 주의가 필요하다고 명시적으로 언급하였다. 이들은 해당 결과를 검증하기 위해 독립적인 ICP-MS 방법을 이용한 확증 분석을 권고한다.
• 한론: 본 연구는 ramuli만을 분석했다는 점(줄기 및 근상사 제외), 단일 채집 장소 및 시기, 그리고 금속의 화학종(speciation) 또는 생리학적 흡수 기작 분석의 부재라는 한계를 인정한다. 따라서 본 논문은 금속 회복이나 자원 회수의 결정적인 적용을 주장하는 것이 아니라, 관찰된 패턴을 검증하고 이러한 응용 분야를 탐색하기 위한 추가 연구의 필요성을 강조하는 데 목적이 있다.