전 세계 수백 개 호수에서 DNA 수집하는 이유...대규모 환경 DNA 프로젝트

세계 최초로 민간 연구자들이 과학의 힘을 활용하여 전 세계 수백 개의 호수에서 DNA 샘플을 수집하고 있는 것으로 알려졌다.

이 프로젝트의 결과물인 숨겨진 환경 DNA(eDNA)는 하루에 수생 환경에서 수집된 것 중 역대 최대 규모일 뿐 아니라, 전 세계 생물다양성의 상태를 더 자세히 파악하고 시간이 지남에 따라 생물 종(種)이 어떻게 이동하는지에 대한 과학자들의 이해를 향상시킬 수 있을 것이다.

과학자들은 모든 유기체가 흘리는 eDNA를 사용해 주어진 환경에서 종의 존재를 평가하는 방법을 점점 더 많이 사용하고 있다. 연구자들은 물, 토양, 얼음 코어, 대기 모니터링 스테이션의 필터에서 저렴하고 효율적으로 추출할 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 심지어 1960년대에 멸종된 것으로 추정되는 브라질 개구리 종(Megaelosia bocainensis)을 포함하여 수년간 발견되지 않았던 멸종위기 종을 탐지하는 데도 사용됐다.

취리히의 스위스연방공대(ETH)에서 대규모 호수 프로젝트를 이끌고 있는 환경과학자 크리스티 데이너(Kristy Deiner)는 eDNA가 과학자들이 생물다양성을 모니터링하는 방식에 있어 '패러다임의 전환'을 의미한다고 말한다. 데이너 연구팀은 이미 101개국에서 500명 이상의 사람들로부터 지역 호수에서 eDNA를 수집하고 샘플을 취리히로 배송하는 데 참여하겠다는 신청을 받았다.

덴마크 오르후스대의 환경과학자이자 호수 프로젝트의 자원 봉사자인 필립 프란시스 톰슨은 이러한 글로벌 규모의 프로젝트는 eDNA 커뮤니티에 꼭 필요한 것이라고 의미를 부여했다.

ETH에서 데이너와 함께 일하는 프로젝트 코디네이터인 카티아 루시오 페레이라(Cátia Lúcio Pereira)는 "시민들을 참여시킴으로써 샘플링의 지리적 범위를 넓힐 뿐만 아니라 전 세계 생물다양성 문제에 대한 대중의 주인의식과 인식을 높일 수 있다"고 말한다.

생물 다양성의 혜택
eDNA는 일반적으로 생물다양성 모니터링에 큰 도움이 되는 것으로 여겨지지만, 연구자들은 이것이 완벽하지 않다는 것도 알고 있다. 예컨대, 특정 지역의 DNA는 그 지역에 서식하는 것이 아니라 그 지역을 잠시 지나간 종에서 나온 것일 수 있다. 또한 연구자들은 미생물의 DNA 섭취, 고온, 자외선 등의 요인이 어떻게 유전 물질을 분해하는지, 또는 이러한 요인이 검출된 종의 목록을 어떻게 바꿀 수 있는지 명확하게 이해하지 못하고 있다.

데이너는 이러한 한계를 인정하면서도 eDNA 모니터링 기술이 수십 년 전에 처음 사용된 이래로 많은 발전을 이루었다고 이야기한다. 데이너 팀은 수집한 샘플을 신중하게 다루어 유전 물질을 추출하고, 식물과 동물의 DNA를 증폭하여 종의 존재를 감지할 계획을 가지고 있다.

데이너는 "지금은 더 세밀하게 조정하고 있다"고 말한다.

샘플링 장소
LeDNA, 즉 호수 DNA 프로젝트는 이미 전 세계에서 500명 이상의 시민 과학자를 모집해 각 지역의 호수에서 환경 DNA를 수집하고 있다. 이 프로젝트의 연구자들은 모집을 대부분 마쳤지만 아시아, 북아프리카, 중동 지역의 생물다양성을 더 잘 평가하기 위해 더 많은 지원자를 모집하고 있다.

데이너는 또한 eDNA가 한 지역에서 다른 지역으로 이동하는 것을 반드시 부정적인 것으로만 보지 않으며, 오히려 유리하게 사용될 수 있다고 생각한다. 그녀는 약 10년 전부터 eDNA가 강에서 어떻게 이동하는지 연구하기 시작했다. 그녀는 유전 물질이 토양에서 강을 따라 호수로 흘러들어갈 수 있으며, 이러한 물 웅덩이는 전체 지역 또는 집수지의 종 다양성을 파악하기 위한 이상적인 샘플 채취 장소가 될 수 있다고 제안하고 있다.

호수 eDNA의 약자인 'LeDNA'라고 불리는 그녀의 프로젝트는 호수의 eDNA가 호수에 서식하는 종뿐만 아니라 호수로 유입되는 강과 호수 주변에 서식하는 육상 동물도 대표한다는 것을 증명하는 것을 목표로 하고 있다. 또한 지리적 지역 간 종 다양성의 차이를 조사하고 다양한 서식지의 종들이 서로 어떻게 상호 작용하고 있는지 해독하고자 한다.

지역 샘플링
데이너의 연구 그룹은 소셜 미디어, 다른 eDNA 연구자들과의 네트워킹, 시민 과학 단체와의 접촉을 통해 LeDNA의 자원 봉사자를 모집했다. 모집된 지원자들은 전 세계 5,000명의 엄선된 목록에서 가까운 호수를 배정받게 된다.

데이너는 "우리는 이 샘플이 진정한 전 세계적인 노력이 될 수 있도록 많은 지역에 도달하기 위해 정말 열심히 노력했다"고 말하고 있다.

연구팀은 아직 샘플을 채취할 호수를 확정하지 못했지만, 약 800개의 호수가 포함되기를 희망한다고 루시우 페레이라는 말한다('샘플링 장소' 참조). 연구진은 또한 아시아, 북아프리카, 중동 지역에서 더 많은 자원봉사자를 모집하고 싶지만 이미 모집 단계가 대부분 끝난 상태이다.

호수가 배정되면 자원봉사자는 지침과 물 샘플링 필터를 받게 됩니다. 이들은 모두 국제 생물다양성의 날인 5월 22일 같은 날에 샘플을 채취하는 것을 목표로 하지만, 필요한 경우 2주 정도 더 여유 있게 채취할 수 있다고 한다.

프란시스 톰슨은 수백 명의 사람들이 샘플을 채취하면 각자가 정해진 프로토콜을 얼마나 잘 따르느냐에 따라 데이터 품질에 문제가 생길 수 있다고 지적한다. 그러나 그는 "eDNA 샘플링은 일반적으로 조사원이 직접 개별 종을 찾아 식별해야 하는 다른 생물 다양성 모니터링 방법보다 표준화하기가 더 쉽다"고 말한다.

루시우 페레이라는 데이터 품질에 대한 위협 가능성을 인지하고 있지만, 자원 봉사자들은 모두 동일한 샘플링 키트와 샘플링 프로토콜에 대한 심층적인 교육을 받게 될 것이라고 설명한다.

이 프로젝트에 참여하면 특히 eDNA 과학자들에게는 지역 파트너가 자신의 연구에 데이터를 사용할 수 있을 뿐만 아니라, LeDNA 출판물에도 기여할 수 있다는 특전이 부여된다. 미국 캘리포니아대 연구자들이 운영하는 캘리포니아 eDNA 프로그램의 책임자인 레이첼 마이어는 "이 프로젝트의 멋진 점은 참여형이라는 점"이라며, "이 프로그램은 주 전역의 eDNA 샘플을 수집하기 위해 과학자들과 자원봉사자를 매칭하고, 사람들이 원한다면 충분히 데이터를 주고받을 수 있다"고 말한다.