바다는 매우 넓고 광대하여 바다 속에는 많은 생물이 살고 있습니다.
그렇다면 바닷속 생물의 생태는 어떻게 관측하고 연구하는 것일까요? 이번 포스트에서는 생물의 생활환경을 연구하는 데 사용되는 바이오 로깅에 대해 알아보겠습니다.
바이오 로깅이 뭐예요?
▲ 독도참나무 바위 북쪽 해송 군락지 (출처 : KIOST)
바이오 로깅이란 생물의 생활환경이나 환경을 알아보는 데 사용되는 방법으로 연구하고자 하는 해양생물에 소형 장비를 부착하여 생물의 활동을 기록하고 분석하는 방법입니다.
생물이라는 뜻의 ‘바이오’라고 기록한다는 뜻의 ‘로깅’으로 만들어진 단어로 2000년대부터 사용되기 시작한 방법입니다.
이는 연구하고자 하는 생물에 다양한 센서나 카메라 등을 부착하여 행동이나 살아가는 환경 등에 관한 데이터를 수집할 수 있어 동물 단위 연구에 많이 이용됩니다.
부착된 센서의 종류에 따라 수온과 수심 등에 대한 데이터를 얻을 수 있으며, 동물의 움직임을 유추하여 그 동물의 생활상을 알 수 있습니다.
그리고 회유성 수산자원을 언급하거나 수산자원 보호구역 설정, 인간 활동이 미치는 영향 등에 대해 살펴볼 수 있습니다.
다양한 바이오로거
▲ 연구실 옥상에 설치된 인공위성 안테나 (출처 : KIOST)
바이 오로깅그에 사용되는 바이오 로거의 종류는 연구하고 싶은 자료에 의해서 매우 다양합니다.
그 중 대표적인 것은 GPS, 아르고스 시스템 팝업 태그 및 지오 로케이터입니다.
우선 GPS는 동물의 몸에 GPS본체를 부착하면 활용됩니다.
GPS본체와 인공 위성의 거리를 전파로 측정하고 동시에 여러개의 인공 위성과 교신하면서 위치를 측정하는 원리입니다.
3개의 인공 위성과 교신하기만 해도 위도와 경도 및 고도의 3차원적인 위치를 산출할 수 있는 인공 위성의 수가 많을수록 정확도가 오른다는 특징이 있습니다.
그러나 광범위한 지역에 걸쳐서 이동하는 생물에 부착하는 경우에는 회수가 어려운 소비 전력이 큰 때문에 장기간 활용이 까다로운 수중에서는 전혀 쓸 수 없다는 단점이 있습니다.
그래서 해양 생물에는 적당하지 않은 방법입니다.
아르고스 시스템을 이용한 바이오 로거는 아르고스라는 인공 위성을 이용한 시스템에서 사용법이 쉽다는 장점이 있습니다.
아르고스 발신기를 그 동물의 몸에 달고 야외에 두세요. 바이오 로거를 받아야 웹 사이트에 접속하자 위치 정보가 나타납니다.
전파를 이용하므로 바다 표범 등의 생물의 경우 수면 위로 올라오는 부위에 부착해야 하며 수중에서만 생활하는 생물에는 활용하기 어렵습니다.
또 정기적으로 상공에 전파를 발신하고 인공 위성이 그 전파를 잡고 측정 원리에 의해서 인공 위성이 전파를 감지하는 빈도나 각도 등의 조건에 의해서 1km정도의 오차가 생긴다는 단점도 존재합니다.
이런 GPS와 아르고스 시스템의 경우, 전파를 활용하고 전파는 보통 물 속을 통과할 수 없어 수면 위로 올라오지 않는 생물에는 활용하기 어렵습니다.
이를 개선하기 위해서 폿프앗프 태그를 활용합니다.
팝업 태그는 어류의 몸에 부착하고 수온 등의 매개 변수로 조도를 흔히 기록하고 일정 기간이 지나면 분리하고 수면 위로 떠오릅니다.
그 순간부터 아르고스 인공 위성에 데이터를 보내기 시작해는데 도플러 효과를 이용한 아르고스 시스템을 활용하여 위치를 추적할 수 있습니다.
그러나 수중에서는 고도를 이용하여 위치를 파악하기 힘들다는 단점이 있는 전원과 부력의 확보가 중요한 것으로 소형화가 어렵다는 단점이 있습니다.
지오 로케이터는 전파를 사용하지 않는 바이 오로깅그 방법으로, 수중에서는 전파가 인공 위성까지 전해지지 않는다는 단점을 보완하기 위해서 만들어졌습니다.
지오 로이터는 조도를 측정하고 동물의 위치를 파악하고 초소형으로 제작할 수 있다는 장점이 있습니다.
우리 나라에도 있어!
국산 바이오 로거
▲ KIOST 특허 해양 바이오로거 도면 포스터 (출처 : KIOST)
전술한 것처럼 바이 오로깅그에는 다양한 바이오 수집기가 사용되고 있습니다.
바이 오로깅그은 해양 생물의 생활상의 연구에 필수적인 분야이지만 지금까지 개발된 모든 바이오 로거는 비용이 많이 드는 회수가 어려운 배터리가 소진했을 때는 사용할 수 없다는 단점이 있어 많은 연구가 필요합니다.
한국도 이런 바이오 로거를 연구하고 있습니다.
한국 해양 과학 기술원 해양 ICT·모빌리티 연구부입니다.
KIOST에선 국산 바이오 로거를 개발하기 위해서 연구를 해왔고, 실제로 현재 국산 바이오 로거의 특허가 출원된 상태입니다.
KIOST가 개발한 바이오 로거의 경우 배터리를 교환할 수 있는 바닷물 배터리를 이용하기 때문에 기존 바이오 로거보다 훨씬 장기간 사용할 수 있습니다.
그러므로 연구실에서 바이오 로거를 부착한 상태에서 연구한 뒤 방류하는 방식을 적용할 수 있습니다.
기존 바이오 로거의 경우 리튬 배터리를 이용하기 위해서 수중에서는 불안하다는 단점이 있었지만 한국 해양 과학 기술원이 세계 최초로 개발한 해수 배터리를 바이오 로거에 적용한 결과 물 속에서도 안정된 상태를 유지할 수 있게 되었습니다.
그동안 어류 바이오 로거는 전량 수입에 의존하고 있었지만 국산 바이오 로거의 개발이 이뤄진 것에 큰 의의가 있습니다.
그러나 아직 상용화를 위해서는 현장에서 실제로 데이터를 잘 받을 수 있는지를 검증하는 작업이 필요합니다.
KIOST의 활동을 통해서 해양 생물 연구의 미래가 밝은 것을 알 수 있습니다.
·참고 자료 1. 김·소연 기자. <최근의 빅 데이터 시대···수중 어류 행동,”바이 오로깅그”로 생태 연구>. 경향 신문 https://www.khan.co.kr/environment/environment-general/article/2021080813080012 . 구성 국민 외 3명, 하이브리드 배터리 시스템 기반 어류 바이오 로거, Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, 2021, pp. 870-8763. 백·이순재 외.”해양 바이 오로깅그 요소 기술 개발 및 기반 구축 연구”. 2021.4. 와타나베 유우키. 『 펭귄의 사생활 』. 니케붓크스. 2014.5. 이·우오뇨은. 『 물 속을 날아가는 새 』. 사이언스 북스. 2018.·사진 출처도 1. 독도 감기 바위 북쪽의 해송 군락지:KIOST그림 2. 연구실 옥상에 설치된 인공 위성 안테나:KIOST그림 3. KIOST특허의 해양 바이오 로거 도면 포스터:KIOST
·참고 자료1. 김소연 기자 <최근 빅데이터 시대…수중어류 행동, ‘바이오 로깅’으로 생태연구>. 경향신문. https://www.khan.co.kr/environment/environment-general/article/2021080813080012 . 구성민 외 3인, 하이브리드 배터리 시스템 기반 어류 바이오로거, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 2021, pp. 870-8763. 백승재 외. 「해양 바이오로깅 요소 기술 개발 및 기반 구축 연구」. 2021.4. 와타나베 유우키. 『펭귄의 사생활』. 니케북스. 2014.5. 이원영 . 『물속을 나는 새』. 사이언스북스. 2018. 사진출처도 1. 독도 카제 북쪽 연구실 옥상에 설치된 인공위성 안테나 : KOST 그림 3. KIOST 특허 해양바이오로거 도면 포스터 : KIOST
·참고 자료1. 김소연 기자 <최근 빅데이터 시대…수중어류 행동, ‘바이오 로깅’으로 생태연구>. 경향신문. https://www.khan.co.kr/environment/environment-general/article/2021080813080012 . 구성민 외 3인, 하이브리드 배터리 시스템 기반 어류 바이오로거, Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society, 2021, pp. 870-8763. 백승재 외. 「해양 바이오로깅 요소 기술 개발 및 기반 구축 연구」. 2021.4. 와타나베 유우키. 『펭귄의 사생활』. 니케북스. 2014.5. 이원영 . 『물속을 나는 새』. 사이언스북스. 2018. 사진출처도 1. 독도 카제 북쪽 연구실 옥상에 설치된 인공위성 안테나 : KOST 그림 3. KIOST 특허 해양바이오로거 도면 포스터 : KIOST