바이오로깅 기술이란?

소형 데이터 획득 장치(바이오로거)를 이용하여 동물의 위치, 움직임 및 주변 환경정보를 파악하는 기술입니다.

• GPS, 가속도계 등 동작 측정 센서, 온도/전도도/염분/광량 등 환경 측정 센서와 배터리/저장장치 및 통신장치로 구성
• 해양생물 서식처 및 산란장 파악, 자원량 추정 및 다양한 공사 등 인간 활동에 의한 해양생물의 반응 패턴 분석
• 대상 생물의 이동 경로, 서식 수심 및 서식 수온 등 GIS (geographic information system) 기반의 기초 자료 확보

서남해 해상풍력단지에서의 바이오로깅 기술 적용

• 어류의 행동 특성 변화 단기 모니터링을 위해 acoustic telemetry 기법
• 장기 위치, 서식 수온 및 수심 모니터링을 위해 pop-up satellite archival tag (PSAT) 기법을 활용

바이오로거 종류는?

어류의 이동패턴, 서식처, 산란장 등의 생태학적 정보 확보를 위해 다양한 바이오로깅 장치를 이용합니다.

바이오로깅을 활용한 연구 사례는?

바이오로거 PSAT는 주로 대형 해양 포유류, 참다랑어, 상어 및 바다거북과 같은 대형 해양생물을 대상으로 큰 규모의 이동 추적 및 생리학적 연구에 이용합니다.

• 국내에서는 바이오로깅 기법에 사용되는 tag의 개발은 이루어진 바가 없지만, 현재 PSAT를 개발하기 위해 노력 중입니다.
• 국립수산과학원에서는 잔점박이물범, 남방큰돌고래, 상괭이 등에 위성추적 장치를 부착 후 방류를 통해 2014년 잔점박이물범의 회유 경로를 확인한 바가 있습니다.
• 한국해양과학기술원도 PSAT로 대구와 참홍어의 이동 경로와 서식 환경 등을 조사한 사례가 있습니다.

• PSAT를 이용한 생물자원의 추적 방법 개요

  • 1대상생물에 tag를 부착 후 방류
  • 2설정된 시간 경과 후 tag 분리
  • 3위성 신호를 이용하여 저장된 정보 수집

  [ PSAT를 이용한 생물자원의 추적방법 개요 ]

  

  출처 : Solhaug et al., 2012

• 바이오로깅을 활용한 해양생물의 글로벌 분포 현황

  • 2019년까지 해양 포유류(32.4%), 어류(29.4%), 바닷새(21.9%), 파충류(12.95%)의 순으로 바이오로깅을 활용한 연구가 이루어졌으며, 이를 통해 남극에서 북극까지 주로 해안 지역과 섬을 따라 전 세계적으로 분포한다는 것을 알 수 있습니다.

  [ 바이오로깅을 활용한 해양생물의 글로벌 분포 정보 ]

  

  출처: Chung et al., 2021

바이오로깅을 활용한 연구 결과

해상풍력 단지 건설 및 운영에 따른 유용 생물자원의 행동 반응, 이동 및 확산 범위를 장기간 파악

인공위성을 이용하는 전자 표지표 PSAT(Pop-up Satellite Archival Tags) 사용

소형 어류를 대상으로 최적의 tag 부착 위치 및 부착 방법 모색

해상 풍력 단지 해역 내 PSAT를 이용한 어류 장기 이동 확산 추적 조사

Tag 부착 위치에 따른 conditioning 실험(넙치, 조피볼락)

Tag 부착 위치에 따른 conditioning 실험(점농어)

넙치  바이오로거 부착에 따른 시간 경과에 따른 생리학적 반응

• Tag 부착위치 탐색 결과

  • 

  • 목록

    부착위치	Tag 탈락여부	피부손상	폐사	비고
    아가미뚜껑	○	○	X
    등 근육	X	○	X
    꼬리 지느러미	X	○	X	피부괴사

• 건강도 변화 분석 결과

  

조피볼락  바이오로거 부착에 따른 시간 경과에 따른 생리학적 반응

• Tag 부착위치 탐색 결과

  • 

  • 목록

    부착위치	Tag 탈락여부	피부손상	폐사	비고
    아가미뚜껑	○	△	X	체색 흑화
    등 근육	X	○	X
    꼬리 지느러미	○	○	X

• 건강도 변화 분석 결과

  

점농어  바이오로거 부착에 따른 시간 경과에 따른 생리학적 반응

• Tag 부착위치 탐색 결과

  

• 목록

  부착위치	체외 손상(%)	생존율(%)	바이오로거 탈락율(%)	비고
  아가미뚜껑	100	100	66.7	붉은 환부, 뜯겨짐
  등 근육	100	100	0	붉은 환부, 근육 파임
  꼬리 근육	100	100	66.7	붉은 환부, 근육 파임 및 탈락

  • 어체 상태
  • 아가미뚜껑, 등 근육, 꼬리 근육 모두 부착 후 시간 경과 시 붉은 환부 확대
  • 아가미뚜껑 부착 구 14일째부터 연골 조직이 뜯겨 갈라지는 현상
  • 등 근육과 꼬리 근육 부착구 모두 최종 35일 경과 시 근육이 패는 현상
  • 꼬리 근육 부착 구의 경우 근육 일부가 떨어져 나가는 현상. 가장 심한 체외 손상을 보임
  • 바이오로거 부착상태
  • 아가미뚜껑 및 꼬리 근육 부착구 66.7% 탈락
  • 등 근육 부착구 전혀 탈락하지 않음
    → 등 근육 부위가 가장 적합

점농어  바이오로거 부착에 따른 시간 경과에 따른 생리학적 반응

• 혈액성상 및 스트레스 호르몬 변화

  
• • 혈액성상
  • 바이오로거 부착구와 미부착구 사이에 부착 시간 경과에 따른 유의한 차이를 보이지 않음
  • total protein의 경우 아가미뚜껑 부착구에서 부착 7일째 대조구에 비해 유의하게 낮은 농도를 보였지만, 다른 시기에는 차이가 없음
  • GOP, GPT의 경우 미부착구와 차이는 없었지만, 부착 초기(1일째)에 모든 부착구에서 높아지는 경향을 보임
  • 스트레스 호르몬
  • Cortisol와 superoxide dismutase 모두 바이오로거 부착구와 미부착구 사이에 부착 시간 경과에 따른 유의한 차이를 보이지 않음

PSAT 부착 방법에 따른 생리학적 변화 연구

• 조피볼락 : tag 부착 방법을 조사한 결과 silicon tube 내 wire를 삽입하는 방법이 가장 적절함

  

• 넙치 : Domeier medium dart의 경우 상처 부위의 빠른 회복과 우산 형태의 dart가 tag 탈락 문제에도 효율적임

  

• 점농어 : silicon tube 내 wire를 삽입하는 방법이 가장 적절함

  

바이오로거 활용 해상풍력단지 모니터링 연구

단기 모니터링 연구 (서남해 해상풍력단지 건설 시)

음향 텔레메트리 기법을 사용하여 배열형 음향 수신기를 이용한 추적 모니터링 결과

조피볼락 : 항타 시 5분간 이동 거리는 항타가 없을 때보다 0.94-2.74배 더 이동하고 반경 500m 머무는 시간은 약 18~34분

• [ 선박 추적 및 배열형 음향 수신기에 따른 해상풍력단지 건설 시 조피볼락 이동 궤적 ]

  

  출처 : 해상풍력단지 환경이슈 해결을 위한 장기 환경모니터링 시스템 및 해상활동 안전기준 기술개발 최종보고서(2019)

• [ 배열형 음향 수신기에 따른 해상풍력단지 건설 시 조피볼락 이동 궤적 ]

  

  출처 : 해상풍력단지 환경이슈 해결을 위한 장기 환경모니터링 시스템 및 해상활동 안전기준 기술개발 최종보고서(2019)

넙치 : 항타 시 5분간 이동 거리는 항타가 없을 때보다 0.94-2.74배 더 이동하고 반경 500m 머무는 시간은 약 18~34분

• [ 선박 추적 및 배열형 음향 수신기에 따른 해상풍력단지 건설 시 넙치 이동 궤적 ]

  

  출처 : 해상풍력단지 환경이슈 해결을 위한 장기 환경모니터링 시스템 및 해상활동 안전기준 기술개발 최종보고서(2019)

• [ 배열형 음향 수신기에 따른 해상풍력단지 건설 시 넙치 이동 궤적 ]

  

  출처 : 해상풍력단지 환경이슈 해결을 위한 장기 환경모니터링 시스템 및 해상활동 안전기준 기술개발 최종보고서(2019)

단기 모니터링 연구 (서남해 해상풍력단지 운영 중)

음향 텔레메트리 기법을 사용하여 선박 또는 배열형 음향 수신기를 이용한 추적 모니터링 결과

• 조피볼락
  방류 지점에서 반경 400m 이내에 체류시간은 약 23분-5시간, 풍력단지 내에는 약 7~8시간 체류

  [ 배열형 음향수신기에 따른 풍력단지 운영 시 조피볼락 이동 궤적 ]

  • 
  • 

  출처 : 해상풍력단지 환경이슈 해결을 위한 장기 환경모니터링 시스템 및 해상활동 안전기준 기술개발 최종보고서(2019)

• 넙치
  방류 지점에서 반경 400m 이내에 체류 시간은 약 20분~10시간, 풍력단지 내에서는 약 3~13일간 체류

  [ 배열형 음향 수신기에 따른 해상풍력단지 운영 시 넙치 이동 궤적 ]

  • 
  • 

  출처 : 해상풍력단지 환경이슈 해결을 위한 장기 환경모니터링 시스템 및 해상활동 안전기준 기술개발 최종보고서(2019)

장기 모니터링 연구

조피볼락과 넙치를 대상으로 PSAT를 사용하여 2018년 12월과 2019년 5월 각각 6마리씩 이동 추적 모니터링 실시

• 조피볼락
• 2018년 12월 : 풍력단지에서 외해로 이동하였다가 다시 연안 쪽으로 회귀하는 이동 패턴과 서식 수심은 평균 17~18m
• 2019년 5월 : 88일 동안 약 1098.4 km를 이동 방류 직후 73일 동안 남쪽으로 이동한 후 제주도 서쪽 약 68km 떨어진 해역까지 이동 후 다시 북상

• 넙치
• 2018년 12월 : 방류된 3마리 모두 남쪽으로 이동하는 경향, 겨울철 월동이 가능한 만재도, 홍도, 흑산도 부근으로 이동
• 2019년 5월 : 2개체 모두 방류 직후 서쪽으로 이동하였다가 다시 풍력단지 쪽 연안으로 이동하는 패턴

• 점농어
• 2021년 7월 점농어 대상으로 mrPAT를 부착하여 방류한 결과 : 방류 후 3-12일 후 약 4.8-28.8km 이동하였으며, 북서쪽 및 연안으로 이동하는 개체가 대부분임

• [ 서남해 해상풍력단지 안(좌)와 밖(우)에서 방류된 넙치, 조피볼락 및 점농어의 위치 정보 ]

  

  출처 : 해상풍력 단지 해양공간 환경 영향 분석 및 데이터베이스 구축 과제 3차년도 보고서(2022)

• 목록

  어종	방류 지점	Tag ID	평균 속도(km/h)	총 이동 거리(km)	평균 잠수 깊이(m)
  점농어	풍력단지 내	206851	2.00	89.97	18.4±10.4
  	풍력단지 밖	206680	1.77	19.95	15.8±8.2
  	풍력단지 내	206850	-	-	8.9±5.4
  조피볼락	풍력단지 내	206682	2.24	42.82	46.8±14.4
  	풍력단지 밖	206681	2.40	34.30	13.1±8.5
  넙치	풍력단지 내	206849	2.68	39.13	8.1±7.6
  	풍력단지 밖	198935	2.56	35.34	12.0±6.5

  • 2022년 7월 점농어, 넙치, 조피볼락 대상 miniPAT를 부착하여 방류
  • 점농어, 넙치, 조피볼락 모두 북쪽, 북서쪽 또는 북동쪽 이동
  • 점농어 19.95~89.97km, 조피볼락 34.30~42.82km
  • 넙치 35.34~39.13km 이동

서남해 해상풍력 단지 모니터링

• 범례

  Tag ID : 198935 206680 206681 206682 206849 206850 206851 65735 65754 65755 65724 65731 181193 62911 62913 206794 206795 209932 209933 221511 221512 212479

  속도 1 2 3 4 5 6

바이오로깅 기술의 활용을 위한 제언

• 바이오로깅 기술은 어류의 이동 경로의 정도와 실제 이용하고 있는 서식지 및 어류 개체군과의 연결성에 대한 정보를 획득하는데 유용한 기술이지만, 바이오로거의 성공적인 활용을 위해서는 tag 된 개체의 식별이 가능해야 하며, 일정 시간 tag를 유지하고 군집 내 미부착 다른 개체와의 행동, 성장 및 생존에 영향을 미치지 않아야 하는 등 향후 target species에 대한 지속적인 연구가 필요합니다.
• 다수의 개체에 바이오로거를 적용함으로써, 대상 어종의 지리적 위치, 공간 이동, 수직 이동 패턴에 대한 정보 등 해상풍력단지 조성에 따른 어류의 행동 반응에 대한 많은 정보를 얻을 수 있고 지역과 환경 간의 상호작용에 대한 것보다 깊은 이해를 통해 해당 어류 군집 구조를 파악하는 데 중요한 역할을 수행할 수 있습니다.
• 본 연구에서도 점농어, 조피볼락, 넙치에 mini-PAT를 부착하여 서남해 해상풍력단지 내와 밖에서 방류한 후, 총이동 거리, 평균 속도 및 평균 잠수 깊이 등 해상 풍력단지 주변 해역 내 어류 이동 경로를 포함한 다양한 정보를 수집함으로써, 해상풍력단지 운영에 따른 어류자원의 영향 분석에 활용하였습니다.
• 향후에도 해상풍력단지의 건설 또는 운영 지역의 어류 군집 변동 특성을 파악하는데 유용한 기술로 활용할 수 있을 것으로 기대됩니다.

본 연구는 산업통상자원부의 재원으로 한국에너지기술평가원(KETEP)의 지원을 받아 수행한 연구(No. 20203030020080, 해상풍력 단지 해양공간 환경 영향 분석 및 데이터베이스 구축, 2020~2024)의 결과입니다(문의 : 한국해양과학기술원 오승용 책임연구원, syoh@kiost.ac.kr)