Has climate change altered Jan Mayen Island Arctic Charr life-history traits and feeding ecology?

북극의 차갑고 외딴 구석에서, 생명은 단 1도의 온기 변화가 전체 생태계를 재편할 수 있는 벼랑 끝에 서 있습니다. 수십 년 동안 과학자들은 기온 상승이 이 얼어붙은 풍경을 터전으로 삼는 동물들, 특히 북극 곤돌리(Arctic charr)와 같은 물고기들에게 어떤 영향을 미치는지 지켜봐 왔습니다. 이 물고기들은 적응의 명수이며, 종종 단일 호수 안에서도 서로 다른 형태로 나뉩니다. 어떤 것들은 작게 남아서 아주 작은 곤충들을 먹고, 다른 것들은 자신의 동족을 잡아먹을 수 있을 만큼 크게 자랍니다. 이러한 분화는 '생애사 전략(life-history strategy)'이라 불리며, 대개 먹이 가용성과 경쟁에 의해 추진되는 느린 진화의 춤입니다. 하지만 기후가 급격히 변할 때, 질문이 생깁니다. 물고기는 살아남기 위해 자신의 몸과 행동을 바꾸는 것일까요, 아니면 단순히 그 속도를 따라잡으려 애쓰는 것일까요? 이 변화를 이해하는 것은 매우 중요합니다. 왜냐하면 북극은 지구상 거의 그 어느 곳보다 빠르게 온난화되고 있으며, 그곳에 사는 생물들은 자연이 게임의 규칙이 바뀔 때 어떻게 반응하는지를 보여주는 명확한 창을 제공하기 때문입니다.

그린란드해에 떠 있는 작은 화산섬 얀 마옌(Jan Mayen)에서는 거의 300년 동안 독특한 실험이 진행되어 왔습니다. 1732년, 화산 폭발로 인해 지표가 솟아오르면서 노드라구나(Nordlaguna)라는 호수가 바다로부터 격리되었습니다. 그 안에 갇힌 물고기들인 북극 곤돌리 개체군은 바다로부터 차단되어 전적으로 스스로의 힘으로 생존해야 하는 상황에 놓였습니다. 지난 60년 동안 이 섬은 상당히 따뜻해졌습니다. 얼음이 녹는 여름철 평균 기온은 1960년대 초 섭씨 3.8도에서 최근 몇 년 사이 섭씨 5.6도로 상승했습니다. 최근 연구팀은 이 고립된 호수에 다시 돌아와 이 온난화가 물고기를 변화시켰는지 확인하고자 했습니다. 그들은 북극 곤돌리가 더 크게 자랐는지, 더 빨리 성숙했는지, 혹은 무엇을 먹는지가 변했는지, 그리고 이러한 변화가 개체군이 새로운 세상에서 번성하고 있다는 신호인지 아니면 고군분투하고 있다는 신호인지를 알고 싶어 했습니다.

연구진은 2019년 8월, 포식자 역할을 하는 소수의 큰 물고기는 제외하면서 작고 수가 많은 물고기를 잡도록 설계된 그물을 사용하여 노드라구나에서 물고기를 잡기 위해 나섰습니다. 그들은 1960년대의 데이터와 비교하여 크기, 연령, 건강 상태의 차이를 살펴보았습니다. 결과는 물고기의 생애 이야기에서 명확한 변화를 보여주었습니다. 2019년에 잡힌 작은 물고기들은 1960년대의 대응군보다 같은 연령대에서 신체적으로 더 컸습니다. 더 중요한 것은, 그들이 더 빨리 성장했다는 점입니다. 1960년대에는 이 작은 물고기 대부분이 더 나이가 들 때까지 성적 성숙에 도달하지 못했지만, 2019년에는 대다수가 훨씬 어린 나이인 보통 3세 무렵에 번식할 준비가 되어 있었습니다. 이는 따뜻해진 물이 그들의 성장을 가속화하여 더 이른 시기에 성숙하도록 밀어붙였음을 시사합니다.

이러한 크기와 연령의 변화에도 불구하고, 물고기들의 전반적인 상태가 좋아진 것처럼 보이지는 않았습니다. 사실, 연구진은 호수의 먹이 공급이 여전히 극도로 빈약하다는 것을 발견했습니다. 이 호수는 너무 영양분이 부족하여 많은 다른 북극 물고기들이 의존하는 작은 부유 동물, 즉 동물 플랑크톤조차 부족합니다. 유의미한 숫자로 이용 가능한 유일한 먹이는 작은 저서 갑각류뿐입니다. 먹이가 매우 희귀하기 때문에 물고기들은 무한정 자랄 수 없습니다. 연구진은 따뜻해진 물이 물고기의 신진대사를 증가시켜 에너지를 더 빨리 태우게 만들지만, 먹이의 부족이 그들이 그 추가적인 에너지를 거대하게 자라는 데 사용하는 것을 막고 있다고 추측합니다. 대신, 물고기들은 전략을 조정했습니다. 먹이가 떨어지거나 죽기 전에 번식할 수 있는 크기에 도달하기 위해 어린 시절에 더 빨리 성장하는 것입니다. 이것은 다음 세대가 생존할 수 있도록 조기에 성숙하는 것이 유일한 방법인, 시간과의 싸움입니다.

물고기의 식단 또한 변화의 이야기를 들려주었지만, 완전히 뒤바뀐 것은 아니었습니다. 1960년대에 물고기들은 다양한 작은 생물들을 섞어 먹었습니다. 2019년에는 그들의 식단이 현저히 좁아져서, 거의 모든 개체가 단 한 종류의 작은 갑각류만을 먹고 있었습니다. 호수에 남아 있는 소수의 큰 물고기들, 즉 다른 물고기를 잡아먹는 것으로 알려진 이들은 더욱 전문화되어 거의 독점적으로 자신보다 작은 이웃들을 먹고 있었습니다. 이러한 변화는 물고기들이 열기에 적응하고는 있지만, 매우 열악한 환경이라는 엄격한 제한 내에서 움직이고 있음을 나타냅니다. 그들은 메뉴를 확장하는 것이 아니라, 이용 가능한 유일한 먹이에 집중력을 높이고 있는 것입니다.

아마도 가장 놀라운 발견은 물고기의 DNA를 조사했을 때 나왔을 것입니다. 많은 호수에서 물고기가 두 그룹(하나의 곤충을 먹는 그룹과 다른 하나의 물고기를 먹는 그룹)으로 나뉠 때, 그들은 결국 유전적으로 너무 달라져서 서로 교배할 수 없게 됩니다. 이것이 새로운 종이 탄생하는 방식입니다. 그러나 얀 마옌 물고기에 대한 유전적 분석은 그러한 분리를 보여주지 않았습니다. 작은 물고기와 큰 물고기가 겉모습과 행동이 매우 다름에도 불구하고, 그들은 모두 동일한 유전적 가족의 일부였습니다. 그들은 유전적으로 별개의 정체성을 발달시키지 않았습니다. 대신, 그들은 '표현형 가소성(phenotypic plasticity)'이라는 유연한 생물학적 도구를 사용하고 있는데, 이는 단일 집단의 동물이 유전 코드를 바꾸지 않고도 환경에 따라 외형과 행동을 바꿀 수 있게 해줍니다. 이는 이 개체군이 여전히 하나의 단일 단위로서, 별개의 진화 경로에 갇히기보다는 조건이 변함에 따라 전략을 전환할 수 있음을 의미합니다.

연구진이 얀 마옌의 물고기를 그린란드, 아이슬란드, 노르웨이와 같은 북대서양의 다른 지역의 북극 곤돌리와 비교했을 때, 그 차이는 극명했습니다. 얀 마옌 개체군은 유전적으로 독특하며 다른 모든 집단과 구별됩니다. 3세기 전 이들을 호수에 가둔 화산 활동으로 인한 이 격리는, 그들이 완전히 자신들만의 방식으로 진화할 수 있게 했습니다. 그들은 아이슬란드 및 동그린란드 물고기들과는 어떤 먼 유전적 연결 고리를 공유하고 있지만, 그들은 독특한 형상을 가진 작은 섬의 환경적 도전에 의해 형성된 별개의 혈통입니다.

연구는 얀 마옌의 북극 곤돌리가 기후 변화에 반응하고 있지만, 우리가 예상하는 방식과는 다르다고 결론짓습니다. 그들은 호수가 뒷받침해주지 못하기 때문에 거대하고 지배적인 포식자로 성장하고 있지 않습니다. 대신, 그들은 따뜻한 물과 부족한 먹이가 결합된 가혹한 현실에 맞춰 더 젊을 때 성숙하고 어린 시절에 더 빨리 성장하고 있습니다. 그들은 척박한 현실에 맞춰 생애사를 변화시켰지만, 여전히 하나의 유전적으로 통일된 개체군으로 남아 있습니다. 이 작고 고립된 호수는 종이 변화하는 세상에 맞춰 자신의 행동과 생물학적 특성을 어떻게 빠르게 조정할 수 있는지, 심지어 거대하게 자라기 위한 자원이 전혀 없는 상황에서도도 보여주는 천연 실험실 역할을 합니다. 물고기들은 기후와의 싸움에서 이기고 있는 것이 아니라, 그 새로운, 더 엄격해진 제약 속에서 살아가는 법을 배우고 있는 것입니다.