생물농축

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1. 개요
2. 과정
- 2.1. 생물농축의 메커니즘
3. 생물농축 물질
- 3.1. 유기 화합물
- 3.2. 무기 화합물 (중금속)
4. 현재 상황 및 영향
5. 한국의 상황과 대응
참조

1. 개요

생물농축은 생물체 내에서 특정 물질의 농도가 증가하는 현상으로, 생물축적과 구분되며 먹이 사슬을 통해 오염 물질의 농도가 증가하는 생물증폭과는 관련이 있다. 생물농축은 물로부터의 흡수가 배출보다 클 때 발생하며, 지용성 물질이 지방 조직에 축적되는 경우가 많다. 수은, DDT와 같은 물질이 대표적인 생물농축 물질로, 생태계에 심각한 영향을 미칠 수 있다.

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생물농축
지도
기본 정보
정의	먹이 사슬에서 영양 단계가 높아질수록 특정 화학 물질의 농도가 증가하는 현상
다른 이름	생물확대
주요 원인	지속성 유기 오염 물질 (POPs) 중금속 (예: 수은, 납) 농약
발생 메커니즘	오염 물질이 생물체 내로 흡수 배출 속도보다 흡수 속도가 빠름 먹이 사슬을 통해 상위 포식자로 이동하며 농축
농축 과정	낮은 영양 단계 생물 (예: 조류) 상위 단계로 이동 (예: 물고기, 새) 최상위 포식자 (예: 맹금류, 인간)
결과	상위 포식자에서 높은 농도의 오염 물질 축적 생식 능력 저하, 신경계 손상, 면역 체계 약화 등 건강 문제 유발
환경적 영향
생태계 교란	먹이 사슬 파괴, 생물 다양성 감소
인간 건강	오염된 식품 섭취를 통한 질병 유발 (예: 신경계 질환, 암) 특히 임산부와 어린이에게 더 큰 위험
특정 물질	수은: 메틸수은 형태로 농축되어 신경계 손상 유발 DDT: 맹금류의 알 껍질을 얇게 만들어 번식 능력 저하 PCB: 암과 생식 장애 유발
대처 방법
오염원 관리	오염 물질 배출 감소 지속 가능한 농업 및 산업 활동
법적 규제	유해 화학 물질 사용 규제 및 관리 강화
환경 감시	정기적인 수질 및 생물 모니터링 오염 수준 변화 추적
대중 인식 개선	오염 물질의 위험성에 대한 교육 친환경 소비 촉진
관련 개념
생물농축	유기체 내에서 오염 물질 농도가 증가하는 현상 (개체 수준)
생물농축	먹이 사슬을 통해 오염 물질이 농축되는 현상 (생태계 수준)
오염	환경에 유해 물질이 유입되는 과정
추가 정보
관련 용어	지속성 유기 오염 물질 (POPs) 중금속 먹이 사슬 먹이 그물 생태계
참고 자료	The Wildlife Techniques Manual: Research, 7th edition, (Silvy, 2012)

2. 과정

생물농축은 생물축적과 혼용되기도 하지만, 엄밀히 구분해야 할 필요가 있다.

'''생물축적'''은 특정 영양 단계 ''내''에서 먹이와 환경으로부터 오염 물질이 흡수되어 생물체 내 농도가 증가하는 현상이다.
'''생물농축'''은 물에서 흡수되는 오염 물질의 양이 배출되는 양보다 많을 때 발생한다.^[2]

생물농축과 생물축적은 모두 생물체 내에서 일어나지만, 생물증폭은 먹이 사슬의 여러 단계를 거치며 발생한다는 차이가 있다.

생물희석은 생물증폭과 반대되는 개념으로, 먹이 사슬 상위 단계로 갈수록 오염 물질 농도가 감소하는 현상이다. 이는 수생 환경에서 주로 나타난다.^[3]

2. 1. 생물농축의 메커니즘

생물농축은 물로부터의 흡수가 배출보다 클 때 발생하는 것으로 정의된다.^[2]

생물축적되는 많은 화학 물질은 지방에 잘 녹는 (친유성) 성질을 가지고 있으며 물에는 잘 녹지 않는다 (소수성).^[4]

예를 들어, 수은은 바닷물에 소량만 존재하지만, 조류(일반적으로 메틸수은 형태)에 흡수된다. 메틸수은은 가장 유해한 수은 분자 중 하나이다. 메틸수은은 효율적으로 흡수되지만, 생물체에서 매우 느리게 배출된다.^[5] 생물축적과 생물농축은 연속적인 영양 단계: 동물플랑크톤, 소형 자치어, 대형 어류 등의 지방 조직에 축적된다. 이러한 물고기를 섭취하는 모든 생물은 물고기가 축적한 높은 수준의 수은을 함께 섭취한다. 이 과정은 황새치와 상어와 같은 육식성 어류 또는 흰꼬리수리와 독수리와 같은 조류가 직접적인 노출만으로는 설명할 수 없는 높은 농도의 수은을 조직 내에 가지고 있는 이유를 설명한다. 예를 들어, 청어는 약 0.01ppm(parts per million)의 수은을 함유하고 있지만, 상어는 1ppm 이상의 수은을 함유하고 있다.^[6]

DDT는 생물증폭이 알려진 살충제로, 이것이 미국 환경보호청 (EPA) 및 기타 기관에 의해 환경에 유해하다고 간주된 가장 중요한 이유 중 하나이다. DDT는 알려진 화학 물질 중 가장 용해도가 낮은 물질 중 하나이며, 지방 조직에 점진적으로 축적되고, 포식자가 지방을 섭취함에 따라 DDT의 양이 생물증폭된다. DDT 생물증폭의 유해한 영향에 대한 잘 알려진 예로는 1950년대 DDT로 인한 난각 얇아짐으로 인해 미국 대륙의 흰머리수리와 peregrine falcon과 같은 맹금류의 개체수가 크게 감소한 것이 있다.^[4]^[7] DDT는 현재 세계 여러 지역에서 금지된 물질이다.^[8]

3. 생물농축 물질

생물농축되는 물질은 대부분 지방에 잘 녹고(친유성), 물에는 잘 녹지 않는(소수성) 특징을 보인다.^[4]

수은은 바닷물에 소량 존재하지만, 주로 메틸수은 형태로 조류에 흡수된다. 메틸수은은 유해성이 높고 생물체에서 배출이 느려^[5] 먹이 사슬을 통해 상위 포식자로 갈수록 지방 조직에 축적된다. 황새치, 상어 같은 육식성 어류나 흰꼬리수리, 독수리 같은 조류는 체내 수은 농도가 매우 높다.^[6] (예: 청어는 약 0.01ppm, 상어는 1ppm 이상)

DDT는 대표적인 생물농축 살충제로, 미국 환경보호청 (EPA) 등에서 환경 유해 물질로 지정했다. DDT는 지방 조직에 축적되어 먹이 사슬을 통해 증폭된다. 1950년대 미국에서는 DDT로 인해 흰머리수리, 송골매 등 맹금류의 알 껍데기가 얇아져 개체수가 급감하기도 했다.^[4]^[7] 현재 DDT는 세계 여러 지역에서 사용이 금지되었다.^[8]

3. 1. 유기 화합물

생물농축이 잘 알려진 두 가지 일반적인 그룹은 염소화 탄화수소(유기염소 화합물)와 메틸수은 또는 중금속과 같은 무기 화합물이다.^[4] 둘 다 지용성이며 쉽게 분해되지 않는다. 유기염소 화합물과 같은 새로운 유기 물질은 생물체가 이전에 노출된 적이 없어 특정 해독 및 배설 메커니즘을 진화시키지 않았기 때문에 쉽게 분해되지 않는데, 이는 선택압이 없었기 때문이다. 따라서 이러한 물질은 "잔류성 유기 오염 물질(POPs)"로 알려져 있다.^[11]

금속은 화학 원소이기 때문에 분해되지 않는다. 특히 금속에 자연적으로 높은 수준으로 노출되는 생물체는 금속을 격리하고 배설하는 메커니즘을 가지고 있다. 문제는 생물체가 평소보다 더 높은 농도에 노출되어 손상을 방지할 만큼 빠르게 배설할 수 없을 때 발생한다. 중금속인 납, 카드뮴, 수은, 비소는 다양한 종에서 다양한 부정적인 건강 영향을 미칠 수 있다.^[12]

DDT(디클로로디페닐트리클로로에탄).
헥사클로로벤젠(HCB).
PCB(polychlorinated biphenyls).
톡사펜.
모노메틸수은.

3. 2. 무기 화합물 (중금속)

메틸수은 또는 중금속과 같은 무기 화합물은 생물농축이 잘 알려진 두 가지 일반적인 그룹이다.^[4] 이들은 지용성이며 쉽게 분해되지 않는다. 금속은 화학 원소이기 때문에 분해되지 않는다. 특히 금속에 자연적으로 높은 수준으로 노출되는 생물체는 금속을 격리하고 배설하는 메커니즘을 가지고 있다. 문제는 생물체가 평소보다 더 높은 농도에 노출되어 손상을 방지할 만큼 빠르게 배설할 수 없을 때 발생한다. 중금속인 납, 카드뮴, 수은, 비소는 다양한 종에서 다양한 부정적인 건강 영향을 미칠 수 있다.^[12]

4. 현재 상황 및 영향

많은 연구를 검토한 Suedel 외^[9]는 생물농축이 이전에 생각했던 것보다 발생 빈도가 더 제한적일 가능성이 있지만, DDT, DDE, PCB, 톡사펜, 그리고 수은과 비소의 유기 형태는 자연에서 생물농축된다는 확실한 증거가 있다고 결론지었다. 다른 오염물질의 경우, 생물농축과 생물축적이 생물 조직 내 높은 농도를 설명한다. 최근 Gray^[10]는 유기체에 남아 있는 물질이 위협적이지 않은 농도로 희석되지 않는다는 유사한 결론을 얻었다. 북미에서 농업용 DDT 사용 금지 이후 흰머리수리와 페레그린매와 같은 최상위 포식 조류의 개체수 회복 성공은 생물농축을 인식하고 대응하는 것의 중요성을 보여주는 증거이다.^[4]

5. 한국의 상황과 대응

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참조

_[1] 서적 The Wildlife Techniques Manual: Research The Johns Hopkins University Press
_[2] 서적 Influence of lipids on the bioaccumulation and trophic transfer of organic contaminants in aquatic organisms Springer Verlag
_[3] 학술지 Mercury and other trace elements in a pelagic Arctic marine food web (Northwater Polynya, Baffin Bay) https://www.scienced[...] 2005-12-01
_[4] 서적 The Gale Encyclopedia of Science https://link.gale.co[...] Gale
_[5] 학술지 Trophic transfer of metals along freshwater food webs: Evidence of cadmium biomagnification in nature
_[6] 간행물 Mercury Study Report to Congress. Vol. IV: An Assessment of Exposure to Mercury in the United States U.S. Environmental Protection Agency, Office of Air Quality Planning and Standards and Office of Research and Development
_[7] 서적 Pollution A to Z Gale
_[8] 웹사이트 DDT Ban Takes Effect http://www2.epa.gov/[...] United States Environmental Protection Agency 1972-12-31
_[9] 학술지 Trophic transfer and biomagnification potential of contaminants in aquatic ecosystem
_[10] 학술지 Biomagnification in marine systems: the perspective of an ecologist
_[11] 웹사이트 Persistent Organic Pollutants http://www.chem.unep[...] United Nations Environment Programme 2007-09-26
_[12] 학술지 Trophic transfer, bioaccumulation, and biomagnification of non-essential hazardous heavy metals and metalloids in food chains/webs—Concepts and implications for wildlife and human health https://doi.org/10.1[...] 2019-08-18