일본 eDNA 조사, 연안 해수 온난화 속 북쪽에서 어류 126종 추가 확인

전국 DNA 조사가 변화하는 바다를 지도화하다

해수에 남은 DNA 흔적을 분석한 결과, 일본 연안에서 기존 기록보다 더 북쪽에 분포하는 어류 126종이 확인돼 연구진은 변화하는 해양 서식지를 상세히 살펴볼 수 있게 됐다. 이번 연구는 2017년부터 2024년까지 316곳에서 채집한 시료 2,672개를 종합했으며, 여기에는 오키나와 과학기술대학원대(OIST) 연구진이 새로 제공한 시료 약 1,000개가 포함됐다.

2026년 10월 26일 학술지 ‘다이버시티 앤드 디스트리뷰션스’(Diversity and Distributions)에 발표된 연구 결과에는 상업적으로 중요한 일본전갱이와 흑점바리뿐 아니라 해조류 군락에 피해를 주는 것으로 의심되는 검은토끼고기도 포함됐다. 연안 지역사회가 겪는 변화는 어망에 잡히는 어종에 그치지 않는다. 사업자가 무엇을 팔 수 있는지, 가정에서 어떤 음식을 조리하는지, 미래의 어획량을 어떤 서식지가 뒷받침하는지에도 영향을 미친다.

일본 수산청 자료는 수온 변화의 뚜렷한 배경을 보여준다. 수산청의 2024회계연도 수산백서에 따르면 일본 연안의 해수면 온도는 2024년까지 약 100년 동안 세기당 섭씨 1.33도 상승했다. 2024년에는 연안 해수면 온도의 연평균이 관측 사상 최고치를 기록했다.

‘일본 전역 eDNA 조사로 데이터 공백을 메우고 일본 전역에서 기존 분포 범위를 벗어난 어류 기록을 확인하다’라는 제목의 OIST 연구는 환경 DNA, 즉 eDNA를 활용해 어류 분포에 관한 지식의 공백을 메우려 했다. 핵심 결과는 126종이 기존에 기록된 북방 한계보다 더 북쪽에 출현할 가능성을 보여주는 증거다. 이를 바탕으로 연구자와 수산 관리 당국은 추가 조사가 필요한 구체적인 어종과 지역을 파악할 수 있다.

해수로 보기 힘든 어류를 확인하는 방법

물고기는 주변 물에 미량의 유전 물질을 남긴다. 연구진은 해수를 채취해 DNA를 추출하고 유전 암호 중 일부를 읽는다. 그런 다음 해당 염기서열을 참조 데이터베이스와 비교해 어떤 어종의 흔적인지 식별한다.

이 과정은 지문을 데이터베이스와 대조하는 것에 비유할 수 있다. 해수에는 흔적이 담기고, 참조 데이터베이스에는 이미 알려진 정보가 들어 있다. 시료 하나에 여러 종의 DNA가 포함될 수 있어 과학자들은 모든 개체를 잡거나 직접 보지 않고도 어류 군집을 조사할 수 있다.

일본에서 개발된 미피시(MiFish) 프라이머는 이 과정을 가능하게 하는 도구다. 프라이머는 특정 유전 영역을 표적으로 삼는 짧은 DNA 조각으로, 실험 장비가 분석에 필요한 해당 영역을 복제하도록 돕는다. 이후 어종을 판별할 때는 참조 염기서열을 대조 기록으로 사용한다. 신뢰성 있는 식별을 위해서는 두 가지가 모두 필요하다.

연구진은 이번 조사를 이러한 목적의 eDNA 전국 규모 적용 사례로는 최초라고 설명한다. 이 방법은 자원봉사자의 관찰, 현장 조사, 표본 채집, 서식 적합성 예측 등 기존 방법을 보완한다. 방법마다 제공하는 정보가 다르며 비용과 조사 범위, 불확실성에 따라 유용한 지점도 달라진다.

일본이 대규모 조사를 수행할 수 있었던 이유

이번 연구의 제1저자이자 OIST 박사과정 출신인 아예 하루카 오시마 아치크바시는 일본의 해양 DNA 연구 투자가 이번 연구의 토대가 됐다고 말했다. 현지 해양 생물의 염기서열을 폭넓게 분석한 결과, 어류 식별에 활용할 수 있는 참조 데이터베이스가 확장됐다.

오시마 아치크바시는 시료 채집을 가능하게 한 시설과 협력망도 소개했다.

이곳 OIST에서는 필요한 모든 DNA 염기서열 분석 시설을 이용할 수 있습니다. 그만큼 중요한 것은 일본 전역의 해양 연구소와 그곳 직원들로 이뤄진 네트워크와 협력할 수 있다는 점입니다.

지역 어업인과 환경 당국, 과학자들이 연안 전역의 조사에 힘을 보탰다. 연구팀이 새로 채집한 시료 약 1,000개를 기존 시료와 합쳐 총 316곳에서 수집한 2,672개 시료를 분석했다.

따라서 이 프로젝트에는 실험실 역량뿐 아니라 연안을 오가며 일하는 사람들의 협력도 필요했다. 염기서열 분석 장비가 유전 물질을 식별하려면 누군가 유용한 시료를 채집하고 처리해 전달해야 한다. 기존 해양 연구소는 넓은 지역에서 이 과정의 각 단계를 연결하는 데 기여했다.

북쪽에서 확인된 126종이 의미하는 것

상업적으로 중요한 어종 가운데 일본전갱이(D. maruadsi)와 흑점바리(E. fasciatus)는 기존 기록의 북방 한계를 넘어선 곳에서 확인됐다. 이들 어종은 시장에 유통되고 어업 사업을 뒷받침할 수 있어 이번 조사 결과를 실제 어업과 직접 연결해 준다.

검은토끼고기(S. fuscescens)는 다른 우려를 낳는다. 해조류를 먹어 해조류 군락을 훼손하는 데 기여하는 것으로 의심되기 때문이다. 일본어 이소야케는 해양 생물의 먹이와 서식지를 제공하는 해중림이 줄거나 사라지는 현상을 가리킨다.

통합 자료에서는 수천 종의 어류가 확인됐다. 126종이라는 수치는 시료에서 발견된 전체 어류의 다양성이 아니라, 과거 기록보다 더 북쪽에서 확인된 종만을 가리킨다.

공개된 연구 설명에는 이들 종이 기존 분포 한계를 얼마나 넘어섰는지, 또 각 종이 해당 지역에 지속적으로 정착했는지에 관한 구체적인 내용이 제시되지 않았다. 해안 관리 당국이 반복 조사나 직접 관찰이 가장 필요한 곳을 판단하려면 이런 정보가 중요하다.

온난화와 해류 변화가 만든 배경

일본 수산백서는 이미 어획에 영향을 주는 더 큰 변화를 설명한다. 따뜻한 수온을 선호하는 어류는 서식지와 이동 경로를 북쪽으로 넓히는 반면, 연어를 비롯해 차가운 수온을 선호하는 어류는 일본 주변 해역으로 남하하는 양이 줄고 있다.

해류도 이례적인 고수온이 어디에 나타날지를 좌우한다. 일본 정부는 따뜻한 구로시오 해류의 경로가 크게 휘는 현상인 구로시오 대사행이 2017년부터 이어지고 있다고 밝혔다. 구로시오 해류가 태평양으로 이어지는 구로시오 속류가 북쪽으로 이동하면서 2022년 가을부터 산리쿠 앞바다의 기록적인 수온 상승에 영향을 미쳤다.

주요 날짜를 살펴보면 생물 시료 채집이 이러한 변화와 어떻게 겹치는지 알 수 있다.

• 2017년: 시료 채집 기간이 시작됐고 구로시오 대사행이 장기화 국면에 들어갔다.
• 2022년 가을: 구로시오 속류의 북향 이동이 산리쿠 앞바다의 기록적인 수온 상승에 영향을 미쳤다.
• 2024년: 시료 채집 기간이 끝났고 일본 연안 해수면 온도의 연평균이 관측 사상 최고치를 기록했다.
• 2026년 10월 26일: OIST 연구가 ‘다이버시티 앤드 디스트리뷰션스’에 발표됐다.

수온 기록은 물리적 환경의 변화를 보여주고, 어류 탐지 결과는 유전 흔적이 발견된 곳을 보여준다. 두 자료를 함께 활용하면 장기적인 온난화와 주요 해류의 이동에 영향을 받는 연안에서 해양 생물 군집이 어떻게 변하는지 연구할 수 있다.

익숙하지 않은 어획물은 왜 낮은 가격에 팔릴까

OIST 해양기후변화 연구단장 겸 이번 연구의 책임저자인 티머시 라바시는 어업인들이 이미 어획물의 변화를 겪고 있다고 말했다.

일본 전역의 어업인들은 수십 년 전과 비교해 잡히는 어종이 달라진 것을 이미 확인하고 있습니다.

라바시는 새로 들어오는 어종을 사거나 요리하고 먹는 데 익숙하지 않은 사람들에게 미칠 영향을 설명했다. 동시에 익숙한 어종이 사라지면 지역의 문화적·역사적 의미를 지닌 음식을 만들기 어려워질 수 있다. 어업 사업자에게는 장비와 기술, 지식의 변화도 필요할 수 있다.

수산청 자료는 이와 관련한 상업적 문제도 기록하고 있다. 새로 잡히는 어종 가운데 일부는 지역 소비자에게 먹던 전통이 없고 기존 유통망도 갖춰져 있지 않아 낮은 가격에 팔렸다. 바다에 물고기가 있어도 구매자와 가공업체, 소매업체가 이를 취급할 준비가 부족할 수 있다.

정부는 이런 어획물의 가공과 유통을 개선하고 지역 소비를 장려하기 위한 노력을 설명한다. 실질적인 과제는 배에서 식탁까지 이어진다. 대체 어종을 잡는 것은 그 어종으로 안정적인 수입을 얻기 위한 첫 단계일 뿐이다.

해조류 감소는 어류 이동을 다른 어업과 연결한다

해조류 군락은 생태계의 중요성을 특히 분명히 보여준다. 수산청은 고수온과 섭식 피해가 해조류 군락 감소에 영향을 미쳤으며, 이를 서식지나 먹이터로 이용하는 종에도 여파가 미쳤다고 밝혔다.

해중림이 줄면서 일본가시바닷가재와 전복을 비롯한 해양 생물의 어획량도 감소했다. 따라서 해조류를 먹는 어류의 변화는 전혀 다른 생물을 대상으로 하는 어업에도 영향을 줄 수 있다.

검은토끼고기가 과거 기록보다 더 북쪽에서 확인되면서 연구진은 현지 해조류 군락의 상태와 함께 살펴볼 어종을 확보했다. 어류와 서식지를 함께 추적하면 연안 당국은 섭식 압력과 고수온이 겹치는 지역을 파악하는 데 도움을 받을 수 있다.

어업 지역사회가 직면한 연결고리는 분명하다. 해양 먹이망의 한 부분에서 일어난 변화가 여러 종류의 어획물에 영향을 미칠 수 있다. 판매되는 어류만 모니터링하면 이를 지탱하는 서식지의 변화는 놓치게 된다.

신뢰도 높은 DNA 분석에는 꼼꼼한 검증이 필요하다

일본 환경성은 환경 DNA 조사 지침에서 이 방법의 장점과 한계를 설명한다. 이 지침은 담수어와 양서류를 중심으로 하며 2024회계연도까지 축적된 지식을 반영한다. 또 여러 종을 탐지할 수 있는 기법의 사례로 해양 조사 결과도 인용한다.

지침에 인용된 전국 연안 어류 조사에서는 136과 521속에 속하는 1,220종이 확인됐다. 수족관에서 검증한 조사에서는 수조에 있는 해양 어류 가운데 90% 이상에 해당하는 168종이 탐지됐다. 두 사례는 조사 환경과 총계가 서로 다른 별개의 조사 결과다.

지침은 어종 목록을 면밀히 확인해야 한다고 강조한다. 시료 처리나 실험 과정에서 오염이 생기면 위양성이 나타날 수 있다. 이는 조사 지점에 없는 종의 DNA로 잘못 판정하는 경우다. 위음성은 해당 지점에 실제로 있는 종을 탐지하지 못하는 경우로, 프라이머가 그 종의 DNA를 제대로 포착하지 못할 때도 발생한다.

현지 조건도 결과에 영향을 준다. 물의 흐름과 해류 방향, 수심, 수온, 수질, 표적 어종의 밀도 등이 모두 탐지에 영향을 줄 수 있다. 시료에 포함된 물질이 분석용 DNA를 충분히 복제하는 실험 과정인 PCR을 방해할 수도 있다.

여러 종을 한꺼번에 식별하는 광범위한 조사에서는 결과만으로 각 종의 생물량을 계산할 수 없다고 지침은 설명한다. 생물량은 살아 있는 생물 전체의 질량을 뜻한다. 따라서 수산 관리 당국은 어종 분포에 관한 DNA 증거와 함께 실제 어류의 양을 평가할 다른 측정 자료도 필요하다.

더 넓은 지도를 더 나은 의사결정으로

오시마 아치크바시와 동료 연구진은 특정 지점에 DNA가 나타나는 원인과 과정을 설명하는 예측 모델을 개발하려 한다. 이러한 모델은 탐지 과정과 그에 영향을 미치는 해양 환경을 연결하는 데 도움이 될 수 있다.

참조 데이터베이스를 확장하고 시료를 반복 채집하면 이후의 비교 분석을 더 유용하게 할 수 있다. 기록이 쌓이면 과학자들은 같은 장소의 변화를 추적하고 이례적인 탐지 결과를 확인하며, 현장 조사가 더 필요한 지역을 찾을 기회가 늘어난다.

환경성은 더 많은 정보를 얻기 위해 eDNA와 전통적인 포획 조사 및 육안 조사를 병행할 것을 권고한다. 이런 접근은 일본 연안이 직면한 과제에 적합하다. 새로 유입되는 어류를 어디서 관찰할지, 해조류 감소에 어떻게 대응할지, 어획물 변화에 어업 사업자가 어떻게 적응하도록 도울지 판단하는 데 활용할 수 있다.

OIST 연구는 광범위한 출발점 지도를 제공한다. 정책적 가치는 이 지도를 수온 기록, 서식지 조사, 어업 지역사회의 경험과 연결하는 데 있다. 그래야 생태계 변화와 바다에서 일하는 사람들의 현실적인 필요를 모두 반영해 대응할 수 있다.

핵심 내용

• OIST 연구진은 과거 기록보다 더 북쪽에서 어류 126종의 DNA 흔적을 확인했다.
• 2017년부터 2024년까지 316곳에서 채집한 시료 2,672개를 분석했다.
• 일본전갱이, 흑점바리, 검은토끼고기 등이 기존 북방 한계를 넘어선 곳에서 확인된 어종에 포함됐다.
• 일본은 2024년 연안 해수면 온도의 연평균 최고치를 기록했다.
• 소비 수요와 유통망이 부족한 지역에서는 익숙하지 않은 어획물이 낮은 가격에 팔릴 수 있다.
• 세심한 실험실 검증과 기존 조사 방법을 함께 활용하면 DNA 탐지 결과를 수산업과 서식지 관리에 유용한 정보로 전환할 수 있다.