땅속 생물종다양성과 지렁이 세계지도

지역별 지렁이 다양성을 보여주는 세계지도가 만들어졌다. 지렁이는 생태계에서 핵심적인 기능을 하고 있는데, 강수량이나 기온 등을 변화시키는 기후위기는 지렁이 생존과 토양내 기능에 직접적으로 영향을 준다.

한편 생물종다양성 보존을 위한 전략들은 대부분 땅 위 생태계에 맞춰져 있는데, 땅 속 생물의 다양성은 땅 위와 다를 수 있다. 아래 소개하는 연구는 통합적인 생물다양성 보존 전략을 수립하는 데 도움이 될 것이다.


EU Science Hub. 2019. 10. 25. 
기사 원문 보기 : “Mapping belowground biodiversity – first global earthworm maps”
논문 보기 : Science. Vol.366, Issue 6464, pp.480-485. “Global distribution of earthworm diversity”
그림 출처 : bioRxiv 
번역, 편집 : 황승미 (녹색아카데미)


지렁이의 생물다양성을 보여주는 세계 지도가 최근 사이언스 논문을 통해 발표되었다. 이 지도는 전세계 지렁이의 종 다양성, 개체수, 생물량을 지역별로 표시하고 있으며, 지렁이 군집과 생태계 내에서의 기능이 기후변화에 의해 어떻게 심각하게 영향받는지 조사하였다. 또한 토양 속에 살고 있는 다른 종들에 어떻게 단계적으로 영향을 주는지도 조사하였다.

이 논문은 ‘독일 통합 생물다양성 연구센터’(the German Centre for Integrative Biodiversity Research, iDiv)에서 주도했으며, 주요한 연구 결과는 다음과 같다. 

* 모든 조사 지점에 대해, 발견되는 지렁이의 개체수와 종 수는 열대지역 보다 온대지역에서 더 많다.
* 기후변화는 전세계에 걸쳐 지렁이 군집에 중대한 변화를 만들어낼 수 있으며, 지렁이가 생태계 내에서 하고 있는 기능을 심각하게 저하시킬 수 있다.

전지구적인 생물다양성 패턴을 제대로 이해하려면 토양내에 살고 있는 미생물들을 생물다양성 패러다임에 통합해서 접근해야한다고 연구진들은 주장한다.

[그림 1] 본 논문의 인포그래픽. 기후변화는 강수량과 기온 등 지렁이의 생물다양성을 결정하는 중요한 인자들에 영향을 미친다. (출처 : bioRxiv, iDiv)


생물다양성 : 땅 위와 땅 속

생물다양성 보존을 위해 이루어지는 노력들은 일반적으로 땅 위 식생과 동물의 다양성에 중점을 둔다. 이 논문은 땅 속 생물의 다양성 또한 인류의 생존에 매우 중요하다는 것을 강조한다. 또한 땅 위 생물다양성에 맞춰 설계된 보존 전략은 땅 속의 생물다양성에는 맞지 않을 수 있으며, 특히 기후가 변화하는 현 상황에서는 더하다.

토양은 땅 속 생물다양성을 결정짓는 수많은 유기체가 사는 곳이다. 알베르토 오지아지(Alberto Orgiazzi. JRC(조인트 리서치 센터)의 과학자. 이번 논문의 국제팀에서 연구)는 “하늘의 별보다 더 많은 유기체들이 땅 속에 살고 있다”고 말한다. 그러나 이들이 전세계적으로 어떠한 생물다양성 패턴을 보이는지는 아직 제대로 파악되지 않았다.

땅속 생물다양성의 정도와 분포를 연구하기 위해 과학자들은 지렁이의 종 수, 개체수, 생물량을 기준으로 한 지렁이 생물다양성 세계 지도를 제작했다.

[그림 2] (a)조사 지점. 검은 점은 연구 센터가 있는 곳을 가리킨다. 56개국에 걸쳐 7048개의 사이트에 대해 조사하였다. (b)지역별 평방미터당 지렁이 종 수. 밝은 색일 수록 종 수가 많으며, 회색지역은 샘플이 없어 데이타가 없는 지역이다. 연구 결과 열대지역보다 온대지역의 종 수가 더 많은 것으로 나타났다. (출처 : bioRxiv, Science)


왜 지렁이인가?

지렁이는 육지생태계에서 엄청난 기능을 한다. 지렁이는 ‘생태계 엔지니어’라 불리며, 토양 형성을 돕고(흙을 섞는 활동을 통해), 토양 질을 개선하고(영양물질을 순환시킴으로써), 다양한 핵심적인 생태계 기능을 제공하고, 다른 유기체들에게 도움이 되는 기능을 하며, 토양에 공기를 불어넣어주고, 분해를 돕고 토양을 비옥하게 만든다.

지렁이가 생태계에서 수행하는 기능은 그 개체수, 생물량, 생태군에 의해 결정된다. 따라서 어디에 얼마나 지렁이가 있는지를 보여주는 지도가 있으면 군집에서 일어나는 변화가 생태계 기능에 어떠한 영향을 미칠지 예측하는 데 도움을 받을 수 있다. 

연구 내용

이 논문의 연구자들은 지렁이 생물다양성 데이타와 현장연구 자료 180개로부터 얻은 자료를 이용하였다. 이로부터 57개 국가에 걸쳐 있는 7천 개 사이트의 데이타를 만들었고, 전지구의 지역별 지렁이 군집을 결정하는 환경 변수(강수량, 기온 등)와 결합하였다.(그림 4 참조)

그런 다음, 지렁이 종 수, 개체수, 생물량에 대한 6개의 주요 환경 변수(토양, 강수, 기온, 수분보유시간, 서식지 표면, 고도)의 영향을 모델링했다.

[그림 3] (c)평방미터당 지렁이 개체수. 밝은 지점일수록 개체수가 많다. (d)평방미터당 지렁이 생물량(단위 : g). 밝은 지점일수록 생물량이 많다.  (출처 : bioRxiv, Science)

연구 결과

지렁이의 종 수와 개체수가 높은 지역은 고위도 지역이었다. 반면 생물량은 열대지역에서 높았다. 흥미로운 사실은, 이들 다양성의 패턴이 땅 위에 살고 있는 유기체들과는 반대의 경향을 보였다는 사실이다.

한 지역에서 종의 수는 1~4개 범위 내에 있었고, 세계 대부분 지역에서의 평균치는 평방미터당 2개였다. 중위도지역인 유럽과 북동부 미국에서 종 다양성(종의 수)이 특히 높았다. 이는 땅위 유기체의 다양성 패턴과는 반대되는 결과이다.

거시적인 차원의 생물다양성 패턴과 그 인자를 제대로 이해하고, 땅 위와 속 모두의 생물다양성을 위한 안전한 보존 전략을 세우기 위해서는 토양과 지표 생물다양성 패턴을 함께 조사하여 밝히는 것이 매우 중요하다는 것을 알 수 있다.

[그림 4] 여섯 가지 변수(서식지 표면, 고도, 토양, 강수량, 기온, 수분보유시간)와 지렁이 종 수, 개체수, 생물량 비교. 원의 크기는 같은 줄에서만 의미를 가진다. 즉 종의 수는 강수량이 많을 때 가장 많고, 개체수는 기온이 높고 토양내 수분이 많을 때 많고, 생물량은 강수량이 많고 지표면이 식생으로 많이 덮였을 때 많다. (출처 : bioRxivScience)


지역별 지렁이 개체수는 평방미터당 5~150마리 사이였다. 브라질, 중부아프리카, 중국 일부지역 등과 같은 열대 혹은 아열대지역보다 유럽, 뉴질랜드, 남아메리카같은 온대지역에서 그 개체수가 더 많았다.

총 생물량은 대체로 평방미터당 1~150g이었다. 생물량이 많은 곳은 열대지역에 몰려 있었고, 북미 일부지역과 유라시아 스텝지역 일부에서 생물량이 많았다. 브라질이나 인도네시아와같은 일부 열대지역에서는 개체수는 적었지만 지렁이의 크기가 아주 컸다. 크기가 큰 대형지렁이 종이기 때문에 개체수가 적어도 생물량이 높게 나왔다.

[그림 5] (왼쪽)붉은선-위도별 고유한 지렁이 종 수. 위도별 샘플 사이트 수-회색막대 / (오른쪽)샘플사이트 개수 대비 종 수. 사이트 수가 22개 이하인 데이타는 제외했다. (출처 : bioRxiv, Science)


기후: 지렁이 생물다양성을 결정하는 가장 중요한 인자

기후와 지렁이 사이에 강력한 연관관계가 있음이 이 연구를 통해 밝혀졌다. 강수량은 종 다양성과 생물량에 가장 중요한 인자이며, 기온은 개체수를 결정하는 가장 중요한 인자이다.

기온과 강수량 변화는 지렁이의 종다양성과 분포에 영향을 미치며, 이것은 결국 지렁이가 수행하는 생태계 내 기능에도 영향을 미치게 된다.

더 참고할 자료

EU Science Hub. 2019. 10. 25. 
기사 원문 보기 : “Mapping belowground biodiversity – first global earthworm maps”
논문 보기 : Science. Vol.366, Issue 6464, pp.480-485. “Global distribution of earthworm diversity”
그림 출처 : bioRxiv 
번역, 편집 : 황승미 (녹색아카데미)