Wind speed and dissolved oxygen predict mullet jumping in a subtropical estuary

아열대 하구의 얕고 햇빛이 내리쬐는 물속에서, 물고기들은 끊임없이 보이지 않는 도전에 직면해 있습니다. 바로 물속에 녹아 있는 산소의 양이 급격하게 변할 수 있다는 점입니다. 공기를 자유롭게 들이마시는 인간과 달리, 대부분의 물고기는 물로부터 산소를 추출하기 위해 전적으로 아가미에 의존하며, 이 과정은 물이 따뜻하거나, 정체되어 있거나, 조류(algae)로 가득 찰 때 어려워집니다. 일부 물고기는 이에 대처하기 위한 특화된 방식을 진화시켜 왔지만, 가장 유명하고 수수께집데한 행동 중 하나는 숭어의 행동에 속합니다. 이 흔하고 은빛 비늘을 가진 물고기들은 물 밖으로 완전히 몸을 날리는 화려한 도약으로 잘 알려져 있습니다. 수십 년 동안 과학자들은 왜 그들이 이렇게 하는지에 대해 논쟁해 왔습니다. 어떤 이론들은 도약이 포식자로부터 탈출하거나, 기생충을 털어내거나, 혹은 단순히 놀이를 하는 방법이라고 제안합니다. 그러나 "내부 잠수종(internal diving bell)" 가설이라 불리는 오래된 아이디어는 더 절박한 이유를 제시합니다. 즉, 물고기들이 뛰어오르는 이유는 아래의 물에 생존을 유지할 만큼의 산소가 부족하기 때문에 공기를 들이마시기 위해서라는 것입니다. 이 이론은 숭어가 목 안에 공기를 가둘 수 있는 특별한 주머니를 가지고 있어, 물이 제 역할을 하지 못할 때 대기로부터 직접 숨을 쉴 수 있게 해준다고 제안합니다.

이 호흡 이론이 야생에서도 유효한지 테스트하기 위해, 연구진은 플로리다 걸프 해안의 얕은 하구인 빅 사라소타 베이(Big Sarasota Bay)에서 숭어를 관찰하기로 했습니다. 질문은 단순히 낮은 산소 수치가 도약을 유발하는지 여부뿐만 아니라, 바람이 숨겨진 역할을 하는지였습니다. 얕은 만에서는 바람이 단순히 수면을 출렁이게 하는 것 이상의 역할을 합니다. 바람은 물을 섞어 산소가 풍부한 공기를 깊은 곳까지 가져다주고, 물이 정체되는 것을 방지합니다. 연구진은 바람이 없는 잔잔한 날이—비록 측정 당시의 산소 수치가 적절해 보일지라도—더 많은 도약을 유발할 것인지 알고 싶었습니다. 또한, 물을 충분히 산소화하여 물고기가 물속에 머물 수 있게 만드는 자연적인 스위치 역할을 할 만큼 바람이 강해지는 특정 지점이 있는지 궁금했습니다.

2025년 4개월 동안, 관찰팀은 부두에 서서 한 시간 간격으로 베이를 관찰하며 숭어가 물 위로 뛰어오를 때마다 기록했습니다. 도약과 함께 그들은 용존 산소, 풍속, 온도 및 기타 환경 요인들을 측정했습니다. 그들은 126번의 개별 관찰 기간을 통해 데이터를 수집하여 베리의 일일 리듬에 대한 상세한 그림을 그렸습니다. 목표는 도약 횟수가 바람과 산소 수치에 의해 예측될 수 있는지, 그리고 이 두 요인이 물고기의 행동에 영향을 미칠 때 서로 협력하는지 혹은 별개로 작용하는지를 확인하는 것이었습니다.

결과는 물고기의 행동에 대한 명확한 그림을 그려주었습니다. 연구진은 물이 잔잔하고 산소 수치가 낮을 때 숭어가 가장 빈번하게 도약한다는 것을 발견했습니다. 이는 물고기가 산소 부족에 반응하고 있다는 기본 아이디어를 확인해 주었습니다. 그러나 연구는 더 미묘한 사실을 밝혀냈습니다. 바람이 산소 그 자체만큼이나 중요했다는 점입니다. 산소 수치가 동일하더라도, 숭어는 바람이 부는 날보다 잔잔한 날에 훨씬 더 많이 도약했습니다. 이는 바람이 단순한 배경 요소가 아니라 행동의 핵심 동력임을 시사합니다. 바람이 불면 물을 섞어 산소를 보충함으로써 물고기가 공기를 마시려고 뛰어오를 필요를 줄여줍니다. 바람이 잦아들면 물은 고요해지고, 산소 수치는 국지적으로 떨어질 수 있으며, 숭어는 도약을 시작합니다.

데이터는 이 행동이 변하는 특정 임계점을 보여주었습니다. 연구진은 약 6.3의 풍속을 전환점으로 식별했습니다. 이 속도 미만에서는 바람이 더 잔잔해질수록 도약 횟수가 급격히 증가했습니다. 이 속도 이상에서는 바람이 아무리 강하게 불더라도 도약 횟수가 낮고 일정하게 유지되었습니다. 이는 아주 가벼운 미풍은 물을 충분히 섞기에 부족하지만, 일단 바람이 중간 정도의 세기에 도달하면 숭어가 공기를 마시기 위해 뛰어올라야 하는 산소 결핍 상태를 방지하기에 충분하다는 것을 나타냅니다. 또한 연구는 풍속과 용존 산소가 서로 약하게 연관되어 있다는 것을 발견했는데, 이는 잔잔한 날이 항상 낮은 산소를 보장하는 것은 아니며, 바람 부는 날이 항상 높은 산소를 보장하는 것도 아님을 의미합니다. 그럼에도 불구하고, 두 요인은 독립적으로 도약을 예측했으며, 이는 물고기가 정지된 공기와 그로 인한 수질 조건의 조합에 반응하고 있음을 보여줍니다.

이 연구 결과는 숭어가 산소가 부족한 물에서 공기를 마시기 위해 도약한다는 아이디어를 강력히 뒷받침하지만, 연구진은 이것이 물고기가 뛰어오르는 유일한 이유는 아니라고 주의를 기울였습니다. 상어나 새와 같은 포식자들은 베이에서 흔하며, 도약은 알려진 탈출 전술입니다. 연구진은 일부 관찰 기간 동안 포식자를 관찰했지만, 육지에서 데이터를 수집했기 때문에 포식자로 인한 도약과 산소 부족으로 인한 도약을 구별하기는 어려웠습니다. 연구진은 향후 수중 카메라나 드론을 사용하는 연구가 이러한 원인들을 분리하는 데 도움이 될 수 있다고 제로합니다. 또한, 이 연구는 산소가 위험할 정도로 낮아지는 현상인 저산소증(hypoxia)의 증거를 찾지는 못했습니다. 대신, 도약은 산소의 중등도 감소에 대한 반응으로 나타났으며, 이는 물고기가 환경의 작은 변화에도 민감하다는 것을 시사합니다.

이 연구는 산소와 행동 사이의 단순한 연결을 넘어, 물의 형태를 결정하는 물리적 힘을 포함함으로써 물고기와 환경 사이의 상호작용에 대한 이해를 확장합니다. 이는 바람에 의한 물의 혼합이 숭어가 자신들만의 독특한 호흡 능력을 사용해야 할 때를 결정하는 결정적인 요소임을 시사합니다. 해안 수역이 기후 변화와 오염으로 인해 계속 따뜻해지고 산소 변동성이 높아짐에 따라, 이러한 행동은 더 흔해질 수 있습니다. 이 연구는 숭어의 도약이 수질을 나타내는 완벽한 지표라고 주장하거나, 모든 도약이 공기를 들이마시는 행위라고 증명하는 것은 아닙니다. 하지만, 이 연구는 아열대 베이의 조용하고 정적인 순간에, 이 물고기들이 아래의 물에서 살아남기 위해 하늘의 숨을 들이마시고 있을 가능성이 높다는 강력한 증거를 제공합니다.