Korean Journal of Fisheries and Aquatic Sciences (한국수산과학회지)

The Korean Society of Fisheries and Aquatic Science (한국수산과학회)
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Effects of External Pop-up Satellite Archival Tag (PSAT) Tagging Method on Blood Indices and PSAT Attachment Efficiency of Yellowtail Seriola quinqueradiata

Pop-up Satellite Archival Tag (PSAT) 체외 부착방법에 따른 방어(Seriola quinqueradiata)의 혈액성상 및 PSAT 부착효율

  • Oh, Sung-Yong (Marine Bio-Resources Research Unit, Korea Institute of Ocean Science and Technology) ;
  • Jeong, Yu-Kyung (Marine Bio-Resources Research Unit, Korea Institute of Ocean Science and Technology)
  • 오승용 (한국해양과학기술원 해양생물자원연구단) ;
  • 정유경 (한국해양과학기술원 해양생물자원연구단)
  • Received : 2021.02.09
  • Accepted : 2021.02.17
  • Published : 2021.02.28
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Abstract

This study aimed to determine the effect of the pop-up satellite archival tag (PSAT) tagging method on the blood indices and PSAT attachment efficiency of yellowtail Seriola quinqueradiata (mean body weight 10.2 kg). Based on tagging method, the fishes were divided in four different groups: untagged (control), single anchor (SA), dual anchor (DA), and silicon tube (ST). The blood indices and PSAT attachment efficiency were investigated on days 1, 14, and 28 after tagging PSAT on the muscle below the dorsal fin for each tagging method in triplicates. After 28 days of tagging with PSAT, a significant increase was observed in plasma glucose level in the ST group and in total protein level in the DA and ST groups. The levels of glucose, total protein, and total cholesterol in the SA group after 28 days of tagging were significantly lower than in the control group. The efficiencies of PSAT attachment were 0% in the SA and DA groups on 14 days post-tagging, and 66.7% in the ST group on 28 days post-tagging. The study results indicate that the proper PSAT tagging method is the ST type. The information obtained in this study presents valuable data that provide the required PSAT operational tool for industrial development and ecological monitoring of yellowtail.

Keywords

서론

해양생물자원 서식처 및 산란장 파악, 자원량 추정 및 다양한 해양 건설 공사 등의 해양활동으로 발생하는 해양생물자원의 반응 패턴 분석을 위해서는 대상 생물의 이동경로, 서식 수심 및 서식수온 등 GIS (geographic information system) 기반의 기초 자료 확보가 필수적이다(Moon et al., 2011; Musyl et al., 2011). 이를 위해 대상생물의 표지방류 연구가 이루어져 왔으며, 띠형표지표나 화살형표지표와 같은 재래식표지표(Oh et al., 2002; Hwang et al., 2012), 음향 송수신기를 이용하는 acoustic telemetry system (Heo et al., 2019), 그리고 pop-up satellite archival tag (PSAT)와 같은 electric tag (Domeier et al., 2003; Moon et al., 2011; Im and Jo, 2015) 등이 활용되어왔다. 이 중 PSAT의 경우 대상생물에 부착하여 일정기간 동안의 서식온도, 깊이 및 지리 위치를 저장한 뒤 지정된 날짜에 대상 생물에서 자동 탈락되어 저장된 자료를 argos 위성으로 전송하는 첨단 표지법(Musyl et al., 2011; Park and Oh, 2018)으로, 경골어류, 상어나 가오리 같은 판새어류, 그리고 바다거북의 수평·수직 운동(Wilson et al., 2006), 거주시간(Domeier and Nasby-Lucas, 2008), 방류 후 폐사율(Swimmer et al., 2006) 등을 조사하기 위한 해양 어업 연구(Thorsteinsson, 2002; Bolle et al., 2005)에 그 활용도가 증가하고 있다. 이와 같은 PSAT는 주로 대형 해양 포유류, 참다랑어, 상어 및 바다거북과 같은 대형 해양생물을 대상으로 큰 규모의 이동 추적 및 생리학적 연구에 성공적으로 이용되어 왔다(Block et al., 1998). 하지만 PSAT 특성상 적용 생물의 체외에만 부착되어야 하기 때문에(Block et al., 1998), 대상생물에 따라 스테인레스 스틸, 티타늄 및 의료용 나일론과 같은 teher에 다양한 형태의 anchor (Graves et al., 2002; Domeier et al., 2003)을 이용하거나, mono filament(Park and Oh, 2018), cable tie와 nylon bolt 및 nut (Gilly et al., 2006) 등을 활용해 부착 부위의 손상을 최소화해야 한다. 이와 아울러 부착된 PSAT가 안정적으로 계획된 기간내에 부착이 지속되어야 하는 것과 동시에 적용된 생물에 영향을 주지 않아야 한다(Epperly et al., 2007; Park and Oh, 2018). 하지만 PSAT의 체외 부착은 대상생물의 스트레스 유발, 부착부위의 감염, 상처 확대에 따른 tag의 탈락 및 폐사 발생 등의 문제가 발생할 가능성이 높다(Park and Oh, 2018). 즉, PSAT 활용 전 대상생물에 적용할 안정적인 부착방법이 먼저 선결되어야만 장기간 운용 및 자료 확보가 가능할 수 있어, PSAT의 부착방법에 따른 대상생물의 건강상태 및 부착효율을 파악을 위한 conditioning 연구가 요구된다(Park and Oh, 2018). 즉, PSAT 부착 후 시간 경과별 대상생물에 미치는 다양한 생리학적 영향을 평가하기 위한 스트레스 지표 분석이 필요하며 동시에 부착된 tag의 탈락 유무의 자료가 요구되지만, tag 부착에 따른 대상생물의 건강상태와 생리적 영향 연구는 매우 부족하다(Park and Oh, 2018; Zakęś et al., 2019). 혈액성상 지표는 tag 부착으로 인한 스트레스, 영양학적 영향 및 체내 항상성 유지에 대한 평가를 할 수 있다(Rożyński et al., 2017; Zakęś et al., 2017; Park and Oh, 2018; Zakęś et al., 2019).

방어(Seriola quinqueradiata)는 우리나라, 일본 및 하와이 등 태평양에 주로 분포하는 농어목 전갱이과에 속하는 어류로서, 높은 경제적 가치로 효율적인 자원관리 및 보전이 필요한 해산 어류이다(Jeong et al., 2016). 방어의 생태학적 연구의 경우 국내에서는 분포 및 어장 형성(Chang et al., 2010), 치어와 유어의 생태 특성 및 식성(Cho et al., 2002; Jeong et al., 2016) 등이 보고되었고, 일본에서는 어황, 자원변동 및 회유 경로(Murayama, 1992) 등이 보고되었지만, 방어의 PSAT 부착에 따른 생리학적 연구가 이루어진 바가 없다. 따라서 본 연구에서는 향후 방어 자원의 개발 및 모니터링을 위한 회유 경로 및 생태·생리학적 정보 수집 시 PSAT의 안정적인 체외 부착에 필요한 conditioning 기법(Oh and Jeong, 2020) 개발을 위해 부착 방법에 따른 시간 경과별 방어의 혈액성상 변화 및 PSAT 부착효율을 조사하였다.

재료 및 방법

실험어 및 PSAT 부착방법

실험어는 한국해양과학기술원 통영해양생물자원기지(Tong- yeong , Korea)에 사육 중인 체중 10.2±1.4 kg(평균±SD)의 방어 12마리를 사용하였다. 실험 기간 동안 실험어는 PSAT 부착 후 자유로운 유영이 가능하도록 해상가두리(6×6×6 m)에 수용하여 종료시까지 실험을 진행하였다.

실험에 사용한 PSAT는 Wildlife Computers Inc. (WA, USA)의 가장 작은 모델인 mark report PAT (mrPAT)와 동일한 크기와 무게로 제작된 dummy ama rPAT (Wildlife Computers Inc., WA, USA)를 사용하였다(Park and Oh, 2018). 실험용 dummy mrPAT의 무게와 크기는 각각 40 g과 127 mm이었으며, 향후 방어 체외의 안정적이고 지속적인 부착 확인을 위해 2개를 하나의 set로 묶어 무게를 가중시켜 실험어에 부착하였다. 모든 실험 어는 dummy mrPAT 부착 전 해상가두리에서 10일 이상 순치 후 방어의 등지느러미 아래쪽 근육에 부착하였다. 부착방법은 플라스틱 재질의 단일 anchor 부착구(single anchor, SA), 복수 anchor 부착구(dual anchor, DA) 및 실리콘 튜브 부착구(silicon tube, ST)의 3가지 type으로 설정하였다(Fig. 1). 부착구 SA와 DA에 사용된 anchor는 Wildlife Computers Inc. (WA, USA)에서 제작된 domeier medium dart로 무게와 크기는 각각 0.46 g과 20.2 mm로서, dummy mrPAT set에 하나 또는 두 개를 연결하여 방어 등쪽 근육에 부착하였다(Fig. 1). Silicon tube type 의 경우 외경 4.24 mm, 내경 2.64 mm의 silicon tube를 방어 등 쪽 근육에 먼저 삽입한 후 tube 내에 mono filament를 삽입하여 dummy mrPAT와 연결하였다. 모든 실험어는 핸들링 및 부착에 의한 스트레스를 방지하기 위해 2-phenoxyethanol (150 mg/L)로 마취 후 체중 측정 다음 tag를 부착하였으며, 부착 후에는 povidone iodine solution으로 소독처리 및 oxytetracy- cline 200 mg/L의 해수에 5분간 약욕한 다음 해상가두리에 수용하였다. 부착구와는 별개로 대조구로서 미부착구(control, C) 를 설정하였으며, 대조구와 부착구(즉, SA, DA 그리고 ST) 는각 3마리씩 사용하였으며, 총 28일간 실험이 이루어졌다. 실험 기간 동안 수온, 염분, 용존산소 및 투명도는 각각 12.3±0.2℃, 33.0±0.4 psu, 8.6±0.5 mg/L, 그리고 3.8±1.1 m이었다.

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Fig. 1. Three different dummy mrPAT (mark report PAT) tagging methods used in this study: Single anchor (SA; a and aa) type, dual anchor (DA; b and bb) type and silicone tube (ST; c and cc) type.

혈액 성상

방어 등지느러미 아래 근육 부착구인 SA, DA, ST와 대조 구의 혈액 성상 변화를 조사하기 위해 tag 부착 1일, 14일 및 28일째에 모든 실험어에서 채혈하였다. 혈액은 실험어를 2-phenoxy- ethanol (150 mg/L)로 1분간 마취시킨 후, 헤파린으로 처리된 주사기를 이용하여 미부혈관으로부터 채취하여, 혈액 내 hemoglobin, hematocrit, glucose (GLU), total cholesterol (TCHO), total protein (TP), glutamic oxaloacetic transaminase (GOT), glutamic pyruvic transaminase (GPT), Na+, K+, Cl-, cortisol 및 superoxide dismutase (SOD)를 분석하였다. 혈액 내 hemoglobin과 hematocrit는 전혈을 사용하여 각각 측정한 후, 혈액을 원심분리(4℃, 12, 000 rpm, 5분)하여 혈장을 추출한 다음 자동혈액분석기(FUJI DRY-CHEM 4000i, FUJIF- ILM, Tokyo, Japan)를 사용하여 추출된 혈장 내 GLU, TCHO, TP, GOT, GPT, Na+, K+, Cl-를 분석하였다. 혈장 내 cortisol과 SOD는 ELISA kit (CUSABIO, Wuhan, China)을 사용하여 competitive inhibition technique ELISA법으로, 제조사의 측정 방법에 따라 Epoch Microplate spectrophotometer (BioTek, Winooski, VT, USA)를 사용하여 측정하였다.

부착효율

Tag 부착구인 SA, DA 및 ST의 dummy mrPAT 부착효율을 조사하기 위해 혈액성상 조사 시점인 tag 부착 1일, 14일 및 28 일째에 tag 탈락 여부를 조사하였다.

통계처리

모든 자료의 통계 분석은 SPSS 11.5 (SPSS Michigan Avenue, Chicago, IL, USA) 프로그램을 사용하여 시간 경과별(1 일, 14일 및 28일) tag 부착구 그룹들과 대조구 그룹간의 분산분석(ANOVA)을 실시하였으며, Tukey's multiple range test로 평균간 유의성을 95% 신뢰수준에서 검정하였다.

결과 및 고찰

어류의 피부 및 연관된 점액층의 상처는 기계적 외상 또는 궤양 유발 질병으로 발생할 수 있다(Groff, 2001). 기계적 외상은 대상 어류의 관리 부실, 높은 사육 밀도, 핸들링, 공격적인 행동, 포식자의 공격 등 다양한 환경에서 나타날 수 있으며, 이로 이한 피부 상처는 더 큰 병변으로 발전할 수 있고 폐사까지 발생할 수 있다(Svendsen and Bøgwald, 1997; Raj et al., 2011; Sveen et al., 2016). 어류자원의 이동 모니터링을 위한 PSAT와 같은 전자 tag의 체외 부착 역시 부착부위의 피부 및 근육 등에 상처를 유발하게 되며, 부착 후 어류의 유영 및 사육환경 등 다양한 요인들에 따라 상처 부위와 생리적 상태는 달라질 수 있다(Park and Oh, 2018).

혈액성상 지표는 환경 변화 또는 외부 외상 등 다양한 이벤트에 의한 어류의 스트레스 반응 등 체내 생리적 영향 정도와 건강도를 평가할 수 있는 주요한 인자로서(Park and Oh, 2018), PSAT 또는 PIT (passive integrated transponder)와 같은 tag의 체외부착 또는 체내 삽입 후 혈액 성상 변화가 보고된 바 있다 (Rożyński et al., 2017; Park and Oh, 2018; Zakęś et al., 2019; Mohan et al., 2020). PSAT 체외 부착방법에 따른 부착 후 시간 경과별 방어의 혈액(즉, 전혈 및 혈장) 내 hematocrit, hemo- globin, GOT, GPT, Na+, K+, Cl- 그리고 GLU 변화를 Fig. 2에, TP, TCHO, cortisol 그리고 SOD 변화를 Fig. 3에 나타내었다. PSAT 체외 부착에 따른 방어의 혈액 내 hematocrit, hemoglo- bin, GOT, GPT, Na+, K+, Cl-, cortisol 그리고 SOD는 시간 경과에 따라 미부착구인 대조구와 유의한 차이가 없었다(P>0.05). Park and Oh (2018)은 평균 무게 896.7 g의 조피볼락(Sebastes schlegelii)과 1280.0 g의 참돔(Pagrus major)를 대상으로 본 실험과 동일한 dummy mrPAT를 등지느러미 아래쪽 근육에 부착한 후 부착 1일, 7일, 14일 및 21일째 채혈한 후 미부착구인 대조 구와 혈액성상을 비교하였다. 부착 1일째 조피볼락의 hema- tocrit 농도와 참돔의 hemoglobin과 GLU 농도가 대조 구보다 유의하게(P<0.05) 낮게 나타난 것을 제외하면, 조피볼락 또는 참돔 혈액 내 hematocrit, hemoglobin, GOT, GPT, GLU, TP, TCHO, cortisol, SOD 그리고 catalase 농도는 시간 경과에 따라 대조구와 유의한 차이를 보이지 않아 본 실험 결과와 유사하였다. 하지만 본 실험의 혈액 내 GLU 농도는 PSAT 부착 28일째 ST 부착구가, TP 농도는 DA 부착구와 ST 부착구에서 대조 구보다 유의하게 증가하였지만(P<0.05), SA 부착구의 경우 부착 28일째 혈액 내 GLU, TP 그리고 TCHO 농도와 ST 부착 구의 TCHO 농도는 대조구보다 유의하게 감소하여(P<0.05) Park and Oh (2018)의 결과와 차이를 보였다. 이와 같은 차이는 부착 28일째의 경우 SA 및 DA 부착구는 모든 tag가 탈락한 반면 ST 부착구는 tag가 부착한 상태를 유지하는 등도 하나의 원인으로 생각된다. 하지만 Park and Oh (2018)의 보고에서도 PSAT 부착 구와 대조구에서 유의한 차이를 보이지 않았지만, 조피볼락의 경우 TP와 TCHO 농도가, 참돔의 경우 TP 농도가 PSAT 부착구에서 더 낮은 경향을 보인 바 있다. Mohan et al. (2020)은 blacktip shark Carcharhinus limbatus을 대상으로 PSAT 부착 방류 후 폐사율과 혈액성상 조사를 한 결과 lactate의 유의한 증가와 hematocrit의 유의한 감소를 보고하여, 어종에 따라 상이한 것을 알 수 있다. Zakęś et al. (2019)은 PIT tag를 복강 및 등 근육 내에 삽입하는 두 가지 방법으로 평균 무게와 전장이 각각 170 g과 25 cm의 pikeperch Sander lucioperca의 생리적 영향을 알아보기 위해 tagging 후 3시간, 1일, 7일 및 14일 후 혈액분석을 실시하였다. 부착 3시간 후 복강 및 등근육 부착 방법 모두 혈장 내 GLU 농도가 비부착구에 비해 유의하게 증가하였지만, 그 후 1-14일 기간에서는 안정화되었다. 또한 등근육 삽입 방법의 경우 삽입 1-3일 기간 동안의 혈장 내 globulin 농도가 비부착구와 복강 삽입구보다 유의하게 낮아진 후 7일 이후 안정화되는 결과를 보여 부착 방법에 따라 부착 초기에 영향을 미치는 것으로 나타나 본 실험과는 차이를 보였다. 이와 같은 차이는 실험에 사용된 PIT tag의 경우 길이와 무게가 각각 12.0 mm와 93 mg 으로 본 실험에 사용된 PSAT 보다 훨씬 소형이며 부착방법 역시 체내 삽입으로서, 본 실험의 체외 부착 방법과의 차이로 생각된다. Zakęś et al. (2017)은 70 g 및 길이 16 cm의 perch Perca fluviatilis를 대상으로 PIT를 근육 내 삽입 42일 후 평균 적혈구 색 소량(mean corpuscular hemoglobin)이 유의한 감소를 보고하고 있어 tagging으로 인해 시간 경과에 따라 혈액 내 다양한 지표에 영향을 미치는 것을 알 수 있다. 이와 아울러 Zakęś et al. (2019)은 tag 이식 방법이 대상어류의 혈액학적 및 생리학적 지표에 미치는 영향 분석 시 tagging 방법뿐만 아니라 마취 및 포획(catch) 역시 스트레스 요인(Cooke et al., 2011; Rożyński et al., 2018)으로 작용하기 때문에 이의 영향 역시 고려 대상으로 보고하고 있어 향후 이에 대한 연구가 필요할 것으로 생각된다.

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Fig. 2. Chnge of hemoglobin and hematocrit in blood and GOT, GPT, glucose, and electrolytes (Na+, K+, Cl-) in blood plasma of yellowtail Seriola quinqueradiata subjected to different dummy mrPAT tagging methods for 28 days. Values (mean±SE, n=3) with different letter in same day are significantly different (P<0.05). GOT, glutamic oxaloacetic transaminase; GPT, glutamic pyruvic transaminase; mrPAT, mark report PAT.

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Fig. 3. Change of total protein, total cholesterol, cortisol, and superoxide dismutase in blood plasma of yellowtail Seriola quinqueradiata subjected to different dummy mrPAT tagging methods for 28 days. Values (mean±SE, n=3) with different letter in same day are significantly different (P<0.05). mrPAT, mark report PAT.

방어 체외 PSAT 부착방법에 따른 dummy mrPAT의 부착효율을 Table 1에 나타내었다. 부착 1일째의 경우 모든 부착 구에서 tag가 탈락하지 않았지만, 부착 14일째의 경우 SA 부착구와 DA 부착구 모두 탈락하여 0%의 부착효율을 보였고, ST 부착 구는 100% 부착효율을 보였다. 부착 28일째의 경우 ST 부착 구에서 1개가 탈락하여 66.7%의 부착효율을 보여 세가지 부착 방법 중 ST 부착구가 가장 효율적인 것으로 나타났다. 이것은 silicon tube가 방어 등근육 부분에 고정되고, tube 내 공간 내로 이어진 monofilament에 의해 tag가 연결되면서 방어의 유영에 의한 부착 부위 근육 손상이 다른 방법에 비해 영향이 상대적으로 적었기 때문으로 생각된다. 이전 연구의 경우 PSAT 부착 후 부착효율에 대한 연구는 거의 이루어진 바가 없지만, 부착 개체의 자료 회수율 등의 자료의 분석을 통해 PSAT 이용 가능성을 알아볼 수 있다. Musyl et al. (2011)은 총 19종을 대상으로 731개의 PSAT 자료를 분석한 결과 PSAT의 자료 회수율은 평균 79%(즉, PSAT 577개)이었지만, 이 79% 중 프로그램된 pop-up 기간이 유지된 것은 18%뿐이었고, 82%는 조기 분리되는 것으로 보고하였다. 또한 전체 기간으로 볼 경우 PSAT에 프로그램된 pop-up 기간의 41% 정도만 대상생물에 부착된 상태로 유지되는 것으로 볼 때 부착방법은 PSAT 활용에 있어 매우 중요한 부분을 차지한다는 것으로 알 수 있다. 물론 PSAT 부착 후 방류된 대상생물이 어획, 폐사 및 이외의 다양한 이유로 인해 프로그램된 pop-up 기간 이전에 자료의 회수가 이루어질 가능성은 항상 존재하지만, PSAT의 활용을 통한 최대한의 자료 확보를 위해서는 대상생물별 최적 부착방안에 대한 conditioning 기술 개발이 지속적으로 필요할 것으로 생각된다.

Table 1. Dummy mrPAT attachment efficiency of yellowtail Seriola quinqueradiata tagged with different tagging method for 28 days Tagging method Attachment efficiency (%)

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mrPAT, mark report PAT; SA, single anchor; DA, dual anchor; ST, silicone tube. Values (mean±SE, n=3) with different superscript in same column are significantly different (P<0.05).

부착구 SA, DA 및 ST의 부착 28일째의 방어 체외 상태를 Fig. 4에 나타내었다. 부착구 SA와 DA의 경우 모두 등근육 일부가 떨어져 나가 파였고, 방어의 유영으로 인해 부착된 dummy mrPAT의 등지느러미 뒷부분의 접촉에 따른 붉은 환부가 생성되는 현상을 보였다. 부착구 ST 경우 silicon tube 삽입 부위의 환부가 확대되고 SA 및 DA 부착구에서 나타난 접촉 환부가 관찰되었다. 본 연구 결과 PSAT 부착 후 시간 경과에 따라 부착 부위의 환부 확대 또는 일부 근육이 손실되는 현상이 나타나는 것으로 볼 때 이와 같은 이유로 인해 PSAT의 부착효율 감소 및 스트레스 원인으로 작용하는 것으로 생각된다. PSAT에 비해 소형 tag인 PIT는 근육 및 복강 삽입 후 pikeperch의 경우 14일 후 (Zakęś et al., 2019)에, gilthead sea bream Sparus auratus의 경우 20일 후(Navarro et al., 2006)에 상처가 완전히 회복되는 것으로 나타났다. 반면 PSAT는 PIT tag에 비해 크기가 크고 무게가 상당하기 때문에 체외 부착으로 인한 시간 경과에 따른 상처 확대 현상을 고려한 PSAT 활용 방안 및 향후 개선 방법 연구가 지속적으로 필요하다.

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Fig. 4. Status of yellowtail Seriola quinqueradiata external skin after 28 days tagging with dummy mrPAT under different tagging methods. A, single anchor (SA); B, dual anchor (DA); C, silicon tube (ST). mrPAT, mark report PAT.

이상의 결과에서 방어의 체외 부착을 위한 PSAT 최적 부착 방법은 silicon tube를 활용한 방식으로 일부 혈액학적 지표에서 유의적인 증가가 있었지만, 체외 상처를 최소화하고 tag의 부착효율을 최대로 유지할 수 있어 향후 방어 자원의 양식 산업적 개발뿐만 아니라 회유 경로 및 생태·생리학적 정보 수집 시 PSAT 운용을 위한 기초 자료로 활용할 수 있을 것이다.

사사

본 연구는 재단법인 한국연구재단의 재원으로 지원된 “ICT 융합 기반 해양 바이오로깅 요소기술연구(NRF- 2019M1A5A1102274, PN68570)”와 2020년도 정부(산업통상자원부)의 재원으로 한국에너지기술평가원의 지원 (20203030020080, 해상풍력 단지 해양공간 환경 영향 분석 및 데이터베이스 구축, PN68720)으로 이루어진 연구입니다. 본 연구의 진행 및 분석을 도와주신 박진우박사, 이영욱, 장석일, 정일형 연구원 및 박용주 책임기술원께 감사드립니다.

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