Seismic activity temporarily reshapes fin whale foraging radii

바다는 소리의 세계입니다. 많은 해양 동물들, 특히 거대한 고래들에게 청각은 단순한 감각 그 이상입니다. 그것은 그들의 주요한 항해, 의사소통, 그리고 먹이 탐색 방식입니다. 빛이 닿지 않는 광활하고 어두운 심해에서, 이 생명체들은 먹이의 밀집 구역을 찾고 환경 속을 안전하게 이동하기 위해 음향 신호에 의존합니다. 이러한 의존성은 그들을 수중 소음 환경의 변화에 특히 취약하게 만듭니다. 선박이나 시추 작업으로 인한 인간이 만든 소음은 잘 알려진 위협이지만, 바다는 또한 자연적이고 강력한 교란의 영향도 받습니다. 예를 들어, 해저 지진은 물을 통해 효율적으로 전달되는 강렬한 저주파 진동을 발생시킵니다. 이러한 자연적인 지구물리학적 사건들이 거대한 해양 생물들의 일상생활에 어떤 영향을 미치는지에 대한 질문은 오랫동안 거의 탐구되지 않았으며, 이는 지구의 움직임이 심해의 생물학과 어떻게 상호작용하는지에 대한 이해의 공백을 남겨두었습니다.

연구팀은 이제 이 연결 고리에 빛을 비추고 있으며, 남아프리카 서부 인도양의 핀 고래(fin whale)에 초점을 맞추고 있습니다. 첨단 컴퓨터 모델링과 수년간의 음향 기록을 결합하여, 연구진은 해저 지진 사건이 이 고래들이 먹이를 찾는 영역을 일시적으로 축소시킨다는 사실을 발견했습니다. 연구는 지진이 발생할 때, 강렬한 수중 소음이 먹이를 감지하는 고래들의 능력을 방해하여, 고래들이 훨씬 더 작고 안전한 구역 내로 사냥 범위를 제한하도록 강요한다는 것을 보여줍니다. 이러한 행동 변화는 영구적인 것이 아닙니다. 음향적 교란이 사라지면 고래들은 다시 정상적인 넓은 범위의 먹이 활동 패턴으로 돌아옵니다. 그러나 연구는 이러한 일시적인 수축이 실질적인 결과를 초래할 수 있으며, 잠재적으로 국지적인 먹이 자원의 과다 소비를 유발하고 해양 먹이사슬의 균형을 변화시킬 수 있음을 시사합니다.

이러한 숨겨진 행동을 밝혀내기 위해, 과학자들은 남서 인도양의 스웨덴 리지(Southwest Indian Ridge) 근처, 지진 활동이 활발한 원격 지역으로 눈을 돌렸습니다. 이 지역은 해양 생물과 지구조직 활동의 핫스팟으로, 이상적인 자연 실험실 역할을 합니다. 연구진은 몇 달 동안 해양의 소리 풍경을 지속적으로 기록해 온 하이드로폰(수중 마이크) 네트워크를 활용했습니다. 이 장치들은 핀 고래의 저주파 호출음을 포착했는데, 이는 종종 "백비트(backbeats)"라고 묘사되는 독특하고 리드미틱한 펄스 형태를 띱니다. 과제는 어느 순간에 이 고래들이 정확히 어디에 위치해 있는지를 찾아내는 것이었습니다. 이처럼 광활하고 열린 대양에서 고래를 추적하는 전통적인 방법은 어렵고 종종 부정확합니다. 이를 극복하기 위해 연구팀은 CTFusion-Net이라는 새로운 인공지능 도구를 개발했습니다. 이 딥러닝 모델은 시뮬레이션된 음향 데이터를 학습하여, 하이드로폰이 포착한 가공되지 않은 파동을 정밀한 3차원 위치로 변환함으로써, 고래를 직접 보지 않고도 그들의 움직임을 실시간 지도로 만들어냈습니다.

이 고정밀 매핑 시스템을 사용하여, 연구진은 2012년 말부터 2013년 중반까지의 기간 동안 핀 고래의 일일 먹이 활동 궤적을 재구성했습니다. 그들은 각 날짜별로 "먹이 탐색 반경(foraging radius)"을 계산했는데, 이는 고래들이 먹이를 찾는 동안 커버한 영역의 크기를 나타냅니다. 분석 결과 놀라운 패턴이 드러났습니다: 해저 지진이 발생한 날 이후, 고래들의 먹이 탐색 반경은 현저히 축소되었습니다. 한 특정 사례에서는, 지진 발생 다음 날 고래들이 커버한 영역이 전날에 비해 120미터 이상 줄어들었습니다. 연구팀이 모니터링 기간 동안 기록된 5건의 모든 지진 사건을 살펴보았을 때, 일관된 경향이 나타났습니다. 지진이 고래와 가까웠든 멀었든 관계없이, 동물들은 지진 직후에 탐색 영역을 줄이는 경향을 보였습니다. 이 효과는 일시적이었습니다. 지진으로 인한 강렬한 음향 소음이 잦아듦에 따라, 고래들은 점차 정상적인 수준으로 범위를 확장했습니다.

연구는 이 현상이 왜 발생하는지, 그리고 이것이 생태계에 무엇을 의미하는지 이해하기 위해 더 나아갔습니다. 연구진은 지진의 위치, 깊이, 규모와 같은 구체적인 특성을 분석했습니다. 그들은 가장 중요한 요인이 지진의 강도가 아니라, 지진이 고래들과의 상대적 위치에서 어디에서 발생했는지라는 것을 발견했습니다. 지진의 경도와 위도의 조합이 고래들이 경험하는 교란의 강도를 결정했습니다. 지진에 의해 생성된 강렬한 저주파 소음은 고래들이 먹이를 찾는 데 사용하는 미세한 음향 신호를 가려버려, 사실상 그들의 청각을 눈멀게 했을 가능성이 큽니다. 이에 대응하여, 고래들은 소음이 심하고 불확실한 환경으로 나가는 대신, 여전히 사냥할 수 있는 더 작고 익숙한 구역 내에 머무는 보수적인 전략을 채택했습니다.

이러한 행동 변화가 해양 먹이사슬에 실질적인 영향을 미쳤는지 확인하기 위해, 연구팀은 그들의 발견을 물고기와 오징어 개체군에 대한 역사적 데이터와 교차 참조했습니다. 그들은 설득력 있는 연결 고리를 발견했습니다: 지진 활동이 가장 빈번하고 집중되었던 해인 2013년은 해당 지역의 작은 물고기, 오징어, 새우의 총 생물량(biomass)이 최저치를 기록한 해이기도 했습니다. 연구진은 고래들이 더 좁은 구역에 머물도록 강요되었을 때, 이들이 국지적인 먹이 자원에 먹이 압박을 집중시켜 평소보다 더 빠르게 자원을 고갈시켰을 가능성이 있다고 제안합니다. 지진 활동이 적었던 해에는 고래들이 더 넓게 이동하며 먹이 활동의 영향을 분산시켰고, 덕분에 먹이 개체군이 더 안정적으로 유지될 수 있었습니다. 이 발견은 자연적인 지구물리학적 사건이 어떻게 생태계 전체에 파급 효과를 일으켜, 최상위 포식자의 행동을 변화시키고 결과적으로 그들이 먹는 종의 풍부함에 영향을 미칠 수 있는지에 대한 드문 통찰을 제공합니다.

이 연구는 해양의 건강이 생물학적 요인이나 인간의 활동뿐만 아니라, 지구 자체의 지질학적 과정에 의해서도 영향을 받는다는 점을 강조합니다. 남아프리카 서부 인도양의 핀 고래들은 이러한 사건들의 수동적인 희생자가 아닙니다. 그들은 변화하는 음향 환경 속에서 살아남기 위해 행동을 조절하는 능동적인 응답자입니다. 비록 이번 연구가 짧은 모니터링 기간과 AI 모델 학습을 위한 시뮬레이션 데이터 의존성이라는 한계를 가지고 있지만, 그 결과는 해양 회복력에 대한 새로운 관점을 제시합니다. 이는 자연적인 교란이 인간의 소음 공해와 마찬가지로 해양 포유류의 섬세한 감각 세계를 방해할 수 있음을 시사합니다. 이러한 연결 고리를 이해함으로써, 과학자들은 해양 생태계를 유지하는 복잡한 상호작용의 그물망과 지구의 물리적 움직임이 가장 장엄한 거주자들의 삶을 어떻게 형성하는지를 더 잘 이해할 수 있습니다.