서 론

수산자원적 가치가 높이 평가되는 조피볼락(Sebastes schlegli), 볼락(S. inermis), 황점볼락(S. oblongus) 및 불볼락(S. thompsoni) 등의 양볼락류(Scorpaenidae) 어류는 양식산업과 관련된 초기 생활사, 생식생태, 성숙과 산란 특성 및 환경요인과 생리 반응에 관한 다양한 연구가 수행된 바 있다(Baeck et al., 2010;Kim et al., 2015;Kwak et al., 2006;Kotita and Omori, 1998, 1999;Lee et al., 2013;Mizanur et al., 2014;Nagasawa and Kobayashi, 1995). 특히 조피볼락은 수온과 저산소에 따른 호흡 대사 및 혈액성상 변화, 수온과 염분 노출에 따른 생존, 먹이, 대사 및 조직학적 변화 연구 등 다양한 분야에서 연구가 수행되었다(Choi et al., 2011;Heo et al., 2016;Kim, 2021;Oh et al., 2007;Park et al., 2001;Yang et al., 2016, 2017).

환경변화에 따른 생물의 스트레스 반응은 기존의 생태독성평가, 조직 및 유전체 변화, 생물의 호흡 생리 및 행동관찰을 통해 수집된 영상자료를 수집하여 분석하는 기법이 사용되고 있다 (Choi et al., 2021;Lee et al., 2022a;Yoon et al., 2003;Fukuda et al., 2010). 또한 생물을 이용한 연속적인 위해성 평가기술의 중요성은 이미 국내에서도 널리 인식되고 있음에도 불구하고 실험생물의 행동이나 대사 패턴을 연속적으로 측정할 수 있는 장치나 관련 센서 개발이 미흡하여 연속 흐름을 이용한 독성평가에 어려움이 있었다. 그러나 최근에는 국내 기술을 이용한 연속적인 측정기법을 개발함으로써 생물의 생태-생리 반응을 실시간 연속적으로 관찰하는 방법이 고안됨에 따라 장기간 연속적으로 대상생물의 호흡 및 행동 자료를 수집하고 저장함으로써 생물의 스트레스 반응, 내성 한계 및 아치사 반응까지 연속적으로 분석 가능한 단계에 접어들었다(Kwak et al., 2002;Kim et al., 2006;Yoon and Park 2011;Yoon, 2021a). 이러한 모니터링 방법은 주로 소형 연체동물, 갑각류 및 어류 치어와 같은 분류군을 대상으로 수행되었으며, 이들의 대사활동 및 행동을 장기간 연속적으로 관찰함으로써 원인물질 노출에 따른 생태- 생리적 스트레스 반응을 분석하였는데, 이러한 측정방법은 기존의 전통적인 평가방법보다 독성에 대한 생물의 아치사 반응을 세밀히 관찰할 수 있는 장점이 있어 새로운 위해성 평가의 지표(indicator)로서 사용 가능성이 제시되었다(Vijayavel et al., 2004;Alberto-Selva et al., 2015;Amorim et al., 2017;Szulkin et al., 2006;Teles et al., 2015;Xia et al., 2018). 이에 스트레스 노출된 생물의 연속적인 행동 패턴 및 혈액학적 연구는 향후 급변하는 환경변화에 대한 어류의 체내 스트레스 반응 기작을 규명하기 위한 생태-생리 자료를 제공할 수 있다.

조피볼락은 활동성이 약한 정착성 어종으로써 성장 적수온은 15.0~24.0℃이며 24.0℃까지 수온이 상승하면 먹이 섭취량이 감소하고, 25.0℃보다 높은 수온 환경에서는 생리 기능이 교란되며, 27.0℃보다 높은 고수온 환경은 조피볼락의 대량폐사를 발생 시키는 원인이 되는 것으로 보고된 바 있어 본 종은 고수온에 민감한 어종으로 알려져 있다(Kim et al., 2001;Choi et al., 2009;Lee et al., 2022b). 조피볼락의 생태-생리작용에 미치는 고수온의 영향은 미성어기 개체의 성장, 수온 상승에 따른 조피볼락의 생존, 산소소비율 및 혈액성상 변화에 관한 연구를 통해 일부 보고되었다(Kim et al., 2003;Oh et al., 2007;Jee et al., 2015;Kim et al., 2015;Kim, 2021). 그러나 조피볼락을 대상으로 한 다양한 생태-생리 연구에도 불구하고 수온에 대한 조피볼락의 최대 내성 범위는 명확하게 규명된 바 없다. 특히 고수온 환경에서 조피볼락의 생리-생태학적 영향을 규명하기 위한 연구는 혈액 생리학, 산소소비율 등 일부 분야에서 진행된 바 있으나 고수온에 노출된 조피볼락의 행동과 혈액성상 변화를 통해 본 종의 아치사 반응 및 내성 한계를 규명한 연구는 거의 이루어지지 않았다(Do et al., 2016;Jin et al., 2023).

이에 본 연구에서는 연안 정착성 종인 조피볼락을 대상으로 연속적으로 행동관찰이 가능한 시스템을 사용하여 수온 구간별 실험 어류의 행동 패턴을 관찰하고, 혈액성상 변화를 분석함으로써 고수온 노출에 따른 생물의 아치사 행동 반응, 내성 한계(tolerance limit) 및 임계 수온(critical thermal)을 규명하고 자 하였다.

재료 및 방법

1. 실험생물 유지 및 관리

본 연구에 사용된 조피볼락은 경상북도 울릉군 북면 현포항 내 표층 가두리에서 8개월 동안 사육한 생물이며, 실험 전 100 개체(11.7±0.8 cm, 23.1±3.3 gWWt) 가량을 채집하여 실험실 내 2톤 수조로 옮겨 30일 동안 유지하였다. 사육용수는 5.0μ m 필터를 사용하여 지수식(200 L min^-1)으로 수조에 공급하였으며, 10.0±1.0℃ 수온, 염분 31.0±0.5psu, pH 7.8±0.1 및 90.0% 이상 산소포화농도를 유지하였다. 사육기간 중 먹이는 상업용 EP 사료(Otohime S1 Herame, Japan)를 1일 1회 공급하였으며, 실내 조도는 3,000Lux, 광주기는 12시간 조명과 12시간 무조명(12 h Lightness : 12 h Darkness) 환경에서 실험 전까지 유지 및 관리하였다.

2. 조피볼락의 행동반응 모니터링

조피볼락의 행동은 Yoon and Park (2011)이 연구한 방법과 유사하게 카메라를 통해 투시된 실시간 배경 영상을 추출하여 현재의 프레임과 차영상을 추출하는 기법을 이용하여 관찰하였다. 본 측정방법은 생물의 3가지 행동변수를 통해 활동량을 분석 할 수 있으며, 연속적인 행동추적이 가능하다. 행동변수는 실험수조(40cm×40cm×30cm) 내 생물의 유영 거리(swimming distance), 속도(swimming velocity) 및 프랙탈 차원 값으로 구분되며, 각각의 변수는 0.05초마다 측정되며, 10초 동안 모은 자료를 평균하여 제시해 준다. 유영 거리와 속도는 기존의 SI 단위가 아닌 pixel 단위를 사용하였다. 프랙탈 차원 분석은 box counting method를 사용하여 아래 식 (1)을 이용하였다.

여기서, N은 궤적을 포함하고 있는 상자의 개수이고, r은 축소율이다.

이 두 변수의 관계는 이중로그 그래프(log(1/r), logN)로 나타낼 때 선형관계가 된다. 궤적을 포함하고 있는 상자의 개수와 축적 사이의 관계는 멱 관계이며, 멱함수의 지수가 프랙탈 차원이 된다. 궤적이 직선을 이루면 프랙탈 차원은 1 내지 1에 가까운 값을 보인다. 면을 이룰 시에는 2가 되고 측정되는 궤적에 대해서는 1과 2 사이 중간의 차원이 실수로 나타나게 된다. 본 연구에서는 생물의 3가지 행동변수를 수치할 수 있는 방법을 고안하였는데, 각각의 측정변수별로 구간으로 나누어 점수를 매긴 후 이를 행동지수(behavior index, BI)로 환산하고 최종적으로는 3개의 변수가 조합된 하나의 지수를 산출하는 방법이다(Table 1). 생물 개체간의 행동 패턴은 행동관찰 수조를 4개의 행동관찰 영역으로 구분하여 각각의 분할영역에서 개체의 행동 자료를 수집한 후 이를 하나의 지수로 산출하는 방법(4+1 method)을 적용하였다. 조피볼락의 행동관찰은 수조 하부에 백색 조명장치로써 발광다이오드(LED, light-emitting diode) 를 설치하고, 상부에는 웹 카메라를 설치하여 각각의 분할영역에서 움직이는 개체의 행동 패턴을 추적하였다(Fig. 1).

수온 노출에 따른 조피볼락의 행동 변화는 실험 초기 10.0±1.0℃에서 96시간 동안 생물의 행동변수를 측정한 후 96시간 마다 순차적으로 5℃씩 최대 31.0±1.0℃ 범위까지 상승시켰다(ΔT=5℃·96h^-1). 실험용수는 1.0μm 필터를 사용하여 순환식(200L min^-1)으로 행동관찰 수조에 공급하였다. 실험 용수의 염분은 사육용수와 비슷하게 염분 31.0±0.5psu, pH 7.8±0.1 및 산소포화농도는 90.0% 이상을 유지하였다. 생물의 행동 패턴은 안정된 상태(Steady condition)에서 1회, 수온 노출실험은 3회 반복 실험하며 관찰하였다(Table 2). 생물의 행동은 행동추적프로그램을 이용하여 실시간으로 추적하였으며, 생물의 3가지 행동변수와 BI는 텍스트 파일의 형태로 메인 컴퓨터에 저장하여 차후 행동분석을 위한 자료로 활용하였다.

3. 조피볼락의 혈액성상 분석

수온 상승에 따른 조피볼락의 혈액성상 변화는 1,000L 수조에 실험생물 50개체(12.1±0.5 cm, 24.5±2.4 gWWt)를 넣고 순차적으로 수온을 상승시키면서 각각의 수온 구간에서 생물을 채집한 후 혈액을 채취하였다. 실험은 10.0±1.0℃ 수온에서 96시간 동안 생물의 유지한 후 96시간 마다 순차적으로 5℃씩 최대 30.0±1.0℃ 범위까지 수온을 상승시켰다(ΔT=5℃·96h^-1). 어류의 혈액은 각각의 수온 구간(10.0, 15.0, 20.0, 25.0, 30.0℃) 에서 실험생물을 5개체 이상 채집한 후 미부에서 1.0mL 가량의 혈액을 채취하였다. 채취한 혈액은 4.0℃에서 13,000rpm으로 30분 동안 원심분리 후 혈장을 분리하였으며, 분리된 혈장을 이용하여 450nm에서 cortisol (Fish Cortisol ELISA Kit, CUSABIO, USA)과 SOD (Fish Superoxide dismutase (SOD) ELISA Kit, CUSABIO, USA) 농도를 분석하였다.

4. 자료분석

실험생물의 행동분석은 KaleidaGraph 프로그램(Kaleida Graph 4.5, Synergy Software, Germany)을 이용하여 2% weight smooth curve를 통해 측정값의 변동 추이를 분석하였다. BI의 주요 변동패턴 분석은 데이터 중심을 통해 가장 적합한 부드러운 곡선을 그릴 수 있는 가중 최소-제곱 오차방법(weighted least-squares error method)을 사용하여 최적 곡선으로 나타내었다(Kim et al., 2006). 측정된 데이터 값으로부터 각각의 노출 수온별 통계 값을 산출하였으며, 통계 값은 평균±표준편차(mean±SD)를 계산하여 그래프로 나타내었다. 실험생물의 스트레스 반응 여부는 SPSS statistics version 18.0(SPSS Inc., USA)의 일원분산분석(One-way ANOVA)을 통해 10. 0℃ 부근에서 측정한 BI 및 혈액분석 자료와 노출 수온별로 수집된 자료를 비교하여 유의성을 검증하였다.

결 과

1. 안정된 상태에서 조피볼락의 행동반응

일정한 수온(10.4±0.3℃)과 염분(31.0±0.5 psu)을 유지시키며 48시간 동안 관찰한 조피볼락(11.5±0.4 cm, 22.1±2.1 gWWt)의 행동변수(유영거리, 속도 및 프랙탈 차원값) 및 BI를 2% weighted smooth curve를 통해 분석한 결과, 대부분의 변수는 실험초기 일시적으로 증가하였으며, 일정한 간격으로 정점(peak)을 보이면서 진폭의 증감의 변화를 반복하면서 안정된 행동 패턴을 회복하였다(Fig. 2). 한편 행동관찰 수조에 입식한 조피볼락의 활동량은 실험 시작 후 5.1시간 동안 일시적으로 증가한 후 감소하였으며 이후 안정된 패턴을 유지하였다(Fig. 2a).

2. 수온 노출구간별 조피볼락의 행동반응

본 연구에서 456.4시간 동안 순차적으로 수온을 상승시키며 조피볼락(11.6±0.3 cm, 22.9±2.3 gWWt)의 행동 반응을 관찰한 결과, 3가지 행동변수(유영거리, 속도, 프랙탈 차원)와 BI는 유사한 변동 패턴을 보였다(Fig. 3). 10.2±0.1℃에서 96시간 동안 행동관찰 수조에 입식된 조피볼락의 활동량은 실험 시작 후 24시간 동안 일시적으로 증가한 후 다시 감소하였다. 또한 15.0℃로 수온을 상승시키는 과정에서 유영속도, 프랙탈 차원 값은 23시간 가량 증가하였으며, 이후 안정된 패턴을 회복하였다. 20.0℃ 수온 구간에서 조피볼락의 활동성은 다시 증가하였으며, 행동변수 및 BI는 증감을 반복하였고 15.0℃에서 분석된 값보다 높은 수준을 유지하였다. 그러나 25.0℃까지 수온을 상승시킨 결과 실험생물의 활동량은 감소하였으며 뚜렷한 행동의 변화 없이 일정한 속도로 안정된 유영 패턴을 보였다. 한편, 수온을 25.0℃에서 30.0℃로 상승시키는 과정에서 고수온에 노출된 조피볼락은 45.9시간 동안 대사 활동이 교란되는 행동 패턴을 보였는데, 활동량은 급격하게 증가하여 유영속도 및 BI는 최대 정점(peak)에 도달한 후 감소하여 일시적으로 수조 바닥에 머무르는 행동을 보였다(Fig. 3D_a). 수온을 30.0℃ 이상 상승 시킨 경우 조피볼락은 수조 바닥에 정지하는 시간이 증가하였으며, 활동성 지연, 정지 행동 등과 같은 비정상적인 행동이 관찰 되었다. 한편 30.0℃보다 높은 수온 구간에 노출된 조피볼락의 BI는 28.5시간 증가하였으며, 실험생물의 50.0%가 사망하였다 (Fig. 3D_b). 또한 32.0℃ 고수온에 노출된 생물의 사망률은 노출 후 10시간 동안 100.0%에 도달하였다.

3. 수온 구간별 조피볼락의 행동지수 변화

본 연구에서 수온 구간별 조피볼락의 평균 행동지수의 변화를 분석한 결과 10.0℃ 부근에서 측정한 조피볼락의 행동변수 및 BI는 15.0, 20.0, 25.0, 30.0℃에 노출된 개체들을 대상으로 분석한 값과 뚜렷한 차이를 보였다(p<0.05). 조피볼락의 유영 거리, 속도 및 프랙탈 차원 값은 15.0~30.0℃ 수온 구간에서 10.0℃보다 각각 30.8~86.6%, 11.1~51.3% 및 58.3~81.7%로 증가하였으나 30.0℃에서는 각각 12.5%, 189.0, 7.1%로 감소하였는데, 3가지 행동지수는 30.0℃에서 일시적으로 증가한 반면 30.0℃보다 높은 수온에서는 급격하게 감소하는 경향을 보였다. 10.0℃ 순차적으로 수온을 상승시킨 결과, 15.0℃에서 산출된 BI는 10.0℃에서 측정된 값보다 14.3% 증가하였으며, 20.0℃와 25.0℃ 구간에서는 25.0% 높게 분석되었다. 한편 수온을 30.0℃까지 상승시킨 결과 실험생물의 BI는 40.0%까지 급격하게 증가하였으며, 30.0℃보다 높은 수온에서는 10.0℃에서 분석된 값보다 -20.0%로 급격히 감소하였다(Fig. 4).

4. 수온 구간별 조피볼락의 혈액성상 변화

본 연구에서 조피볼락 혈장의 cortisol 농도 변화를 관찰한 결과, 10.0℃에서는 17.55±4.43ng/mL의 낮은 농도가 산출되었으며, 25.0℃ 수온까지 39.55±17.32ng/mL로 증가하였으나 30.0℃에 노출된 후 27.77±15.63ng/mL로 감소하였다. 또한 cortisol 농도는 15.0℃ 구간에서 10.0℃보다 34.5% 상승하였으며, 20.0℃에서는 48.9%, 25.0℃의 경우 55.6%까지 상승 하였다. 한편 30.0℃ 수온에 노출된 생물의 cortisol 농도는 10.0℃보다 29.1% 증가한 것으로 분석되었다(Fig. 5A). 노출 수온 구간별 조피볼락 혈장의 SOD 농도를 분석한 결과, 10.0℃ 에 노출된 생물의 SOD 농도는 160.39±18.60ng/mL로 분석 되었으며, 15.0℃에서는 153.93±24.27g/mL로 산출되어 10.0℃보다 4.2% 감소하였다. 또한 20.0℃에서 SOD 농도는 164.88±15.94ng/mL로 조사되어 10.0℃보다 12.7% 증가하였으며, 25.0℃에서는 140.44±13.38ng/mL로 분석되어 10.0℃ 수온과 비교하여 14.2% 감소하였다. 한편 30.0℃에서 분석된 SOD 농도는 10.0℃ 분석 값보다 58.1% 감소한 101.45±6.78ng/mL로 산출되었다(Fig. 5B).

고 찰

본 연구에서 10.0±1.0℃에 적응된 조피볼락의 행동 패턴을 2% weighted smooth curve를 통해 분석한 결과, 실험 초기 생물의 활동량은 일시적으로 증가하였으며, 시간이 경과함에 따라 안정된 패턴을 회복하였다. 이와 같은 실험 초기 생물의 활동량이나 호흡률은 수조에 입식하는 과정에서 handling에 의한 스트레스 때문에 일시적으로 증가하는 것으로 보고되었으며, 이는 참돔과 볼락류의 행동 및 산소소비율 실험과정에서도 유사하게 관찰되었는데, 실험수조에 입식된 어류의 경우 연속적인 행동 및 대사 활동 관찰 실험에서 발생하는 초기 스트레스는 12시간 가량 경과한 후 회복되는 것으로 보고되었다(Waring et al., 1996;Yoon et al., 2003;Yoon, 2021a, b).

수온에 대한 볼락류 어류의 행동을 분석한 결과, 볼락은 수온의 증감에 따라 다소 차이를 보였으나 15.0~20.0℃ 수온 범위에서 활동성이 높은 것으로 관찰되어 적정 서식 수온과 연관성 이 있는 것으로 보고되었다(Heo et al., 2016;Yoon and Park, 2022). 본 연구에서 수온을 25.0℃에서 30.0℃로 상승시키는 과정에서 고수온에 노출된 조피볼락은 45.9시간 동안 대사 활동이 교란되어 일시적으로 수조 바닥에 머무르는 행동 패턴을 보였다. 또한 30.0℃ 이상 수온을 상승시킨 경우 생물은 수조 바닥에 정지하는 시간이 증가하였으며, 활동성 지연, 정지 행동 등과 같은 비정상적인 행동이 관찰되었다. 이와 같은 현상은 불볼락의 경우에서도 유사하게 관찰되었는데, 25.0℃ 수온에 노출된 불볼락의 활동량은 20시간 후 급격하게 저하되었으며, 수조 바닥에 정지하는 시간이 증가하였고, 활동성 지연, 정지행동 등과 같은 정상적인 유영 및 대사 활동이 교란되었다 (Yoon and Park, 2022). 또한 25.0℃보다 높게 수온은 상승시킨 경우 조피볼락은 생리 기능이 저하되었으며, 혈장 cortisol, 전해질(Na⁺, K⁺, Cl^-) 및 삼투질 농도는 25.0℃에서 최대 값을 보였고, 호흡 대사율은 27.0℃에서 급격하게 상승하였다(Choi et al., 2009;Do et al., 2016;Kim, 2021). 본 연구에서 고수온에 노출된 조피볼락의 스트레스 반응은 노출 강도나 시간에 따라 차이를 보였는데, 30.0℃의 고수온 환경에 노출된 어류는 외부의 자극에 대한 반응이 감소하며, 움직임이 둔해져 활동성이 감소하여 방향성을 잃어버리고 일시적인 근육 경련을 일으키는 행동을 보였다(Lutterschmidt and Hutchison, 1997;Wiles et al., 2020). 이와 같은 현상은 고수온에 노출된 생물이 내성 한계에 도달하면 체내 에너지 대사 활성이 감소하여 생태- 생리적 교란작용을 일으키며, 노출 시간이 지속됨에 따라 생물은 고수온에 대한 임계 수준을 벋어나 아치사 상태에 도달할 것으로 판단된다. 본 연구에서 10.0℃에서 산출된 조피볼락의 행동변수 및 BI는 15.0, 20.0, 25.0, 30.0℃에서 분석된 값과 뚜렷한 차이를 보였다(p<0.05). 특히 25.0℃보다 높은 수온에서 실험생물은 유영 및 대사 활동의 교란으로 인해 급속히 감소 하였으며, 30.0℃보다 높게 상승하면 움직임이 둔화되거나 시간이 지남에 따라 사망하는 개체가 증가하였다. 한편 조피볼락을 24.0℃에서 순치시킨 후 12시간마다 1℃씩 수온을 상승시켜 산소소비율을 측정한 결과 최대 임계 수온은 29.4~30.9℃ 범위에 존재하며, 임계최고수온 이상에서는 산소소비율이 급격하게 상승한 후 치사에 도달하는 것으로 보고되었다(Kim et al., 2003). 이와 같은 결과는 본 연구에서도 유사한 경향을 보였는데, 20.0℃와 25.0℃ 구간에서 BI는 25.0%, 30.0℃ 구간에서는 40.0%으로 급격히 증가한 후 30.0℃보다 높은 고수온 환경에서는 –20.0%로 급격하게 감소하였고, 모든 개체가 사망하였다.

수온 상승에 따른 cortisol 상승은 Atlantic cod Gadus morhua, European sea bass Dicentrarchus labrax 및 channel catfish Lctalurus punctatus 등 다양한 어종에서도 보고된 바 있다(Strange, 1980;Pérez-Casanova et al., 2008;Samaras et al., 2018). 또한 실험생물의 글루코스 농도 는 24.0℃와 27.0℃에서 cortisol의 상승과 더불어 유의하게 높아졌지만, 폐사 직전인 30.0℃에서는 21.0℃ 이하 수준으로 낮아져 cortisol과는 다른 경향을 보였다. 이러한 결과는 sunshine bass Morone chrysops×M. saxatilis가 36%의 폐사 가 발생하기 시작하는 30.0℃에서 글루코스의 농도가 감소했다는 보고와 일치하였는데, 이러한 글루코스의 감소는 고수온에 대한 내성이 낮은 어종에서 항상성을 유지하기 위해 에너지 소모가 급격히 증가하였기 때문이라고 보고된 바 있다(Davis et al., 2001;Davis, 2004). 본 연구에서 순차적인 수온 상승에 따른 조피볼락 혈장의 cortisol 농도를 분석한 결과, 10.0~25.0℃ 구간에서는 수온이 상승할수록 cortisol 농도가 점진적으로 증가하였으며, 30.0℃에 노출된 경우 다시 감소하였다. 한편 Do et al. (2016)은 1일에 1.0℃씩 수온은 상승시키며 cortisol 농도를 분석한 결과 30.0℃의 고수온에서도 높은 농도가 산출되어 본 연구결과를 유사하였는데, 이는 수온이 조피볼락에 스트레스 요인으로 작용하여 체내 생리 활성을 변화시킨 것으로 해석하였다. 이에 본 연구 결과 30.0℃에서 cortisol 농도가 감소한 것은 조피볼락이 고수온에 대한 내성 한계에 도달하여 아치사 반응이 유발되면서 체내 에너지 소비가 급격하게 증가한 결과로 해석되었으며, 30.0℃ 보다 높은 수온에서는 더 이상 안정된 대사 활동의 유지가 불가능하여 생물은 결국 폐사에 도달하는 것으로 판단된다. 한편 본 연구에서 SOD 농도는 20.0℃까지 증가한 후 수온이 상승할수록 감소하였는데, 25.0℃와 30.0℃ 수온에서는 10.0℃와 비교하여 각각 14.2%와 58.1% 감소하였다. 어체 내에서 생성된 ROS (reactive oxygen species)에 의해 단백질, 핵산 및 생물학적 손상은 SOD와 CAT(catalase) 등의 항산화 효소에 의해 보호되며, SOD 및 CAT는 체내 ROS를 무해하고, 안정된 분자로 전환시켜 어체를 보호하는 것으로 알려져 있다 (Moody and Hassan, 1982). 이러한 항산화 효소의 활성은 생물 종 및 조직에 따라 차이가 나며, 환경적 요소로 인해 효소의 활성이 증가하거나 감소하는 것으로 보고된 바 있다(Aksnes and Njaa 1981;Gabryelak et al. 1983;Cherkasov et al., 2007;Cui et al., 2011). 이에 본 연구에서 냉수성 어종인 조피 볼락은 10~20℃ 구간에서 체내 대사 활동이 활발하여 SOD의 활성이 증가하였는데, 이는 어체의 항상성 유지와 관련된 것으로 해석된다. 또한 25.0℃보다 높은 수온에서 SOD의 활성도가 낮은 것은 고수온에 대한 스트레스가 과도하게 작용하여 실험생물의 대사 활동을 교란시킴으로써 SOD의 활성이 원활하지 못한 것으로 판단된다.

고수온 환경에서 볼락류 어류는 체내 생리 조건을 변화시키거나 성장 및 생존을 좌우하는 직접적인 스트레스 영향을 받을 수 있으며, 수온의 임계치를 벗어나면 복강과 간, 비장, 신장에 산패지방 침착이 발생하여 질병에 대한 감염성을 높여 영양성 스트레스로 성장률 감소가 유발될 수 있고, 체내 산화 스트레스를 유발시키는 동시에 면역기능이 저해되는 것으로 보고되었다 (Choi et al., 2009;Shin et al., 2010). 예를 들면, 벤자리 (Parapristipoma trilineatum)는 25.0℃ 이상의 고수온 환경에서 lysozyme 활성 감소, AST (aspartate aminotransferase) 및 ALT (aspartate aminotransferase)가 증가하였으며, 에너지 소비가 증가함에 따라 체중 및 이온 농도가 감소하는 것으로 보고되었다(Kim et al., 2018). 이에 본 연구에서 25.0℃ 이상의 수온에서 관찰된 조피볼락의 행동 패턴은 고수온 노출에 따른 체내 스트레스의 증가로 인해 혈장 내 cortisol과 SOD 등의 생리활성이 교란되며, 결국 고수온에 대한 내성 한계에 도달한 것으로 해석할 수 있다. 또한, 수온이 30.0℃보다 높게 상승하면서 생물은 임계 수온에 도달하여 아치사 반응을 보이면서 유영 행동이 둔화되며, 체내 에너지 소비량이 증가하여 결국 사망에 이르는 것으로 판단된다.

결론적으로 수온에 대한 조피볼락의 생태-생리 반응은 노출 수온의 변동 폭과 노출 시간에 따라 큰 차이를 보였다(p<0.05). 또한 본 종은 25.0~30.0℃ 수온 구간에서 비정상적인 행동이 유발되며, 내성 한계에 도달하는 것으로 판단된다. 한편 고수온에 대한 혈장 내 cortisol 및 SOD의 농도 변화를 고려할 때 조피볼락은 25.0℃ 보다 높은 수온에서 체내 스트레스 증가로 인한 항상성 유지 효소 분비가 교란되어 정상적인 대사 활동이 불가능한 것으로 판단된다. 특히 30.0℃에 노출된 생물은 아치사 반응이 관찰되어 정상적인 행동 패턴을 보이지 않았으며, cortisol과 SOD 활성이 급격하게 변하는 것으로 미루어 볼 때 조피볼락의 대사 활동을 교란시키는 수온은 25.0℃ 부근에 존재하는 것으로 판단된다. 또한 30.0℃의 고수온 환경은 임계 수온에 도달하여 생물의 생존에 큰 영향을 미치는 것으로 분석되었는데, 이와 같은 결과는 고수온기 연안 정착성 어류의 폐사 원인을 예측하기 위한 자료로써 활용 가치가 높은 것으로 판단된다.