멸종위기 남생이(Mauremys reevesii)의 서식지 공간 이용과 모계 유전개체 식별 = Spatial Habitat Use and Maternal Lineage Identification in the Endangered Reeves' Turtle (Mauremys reevesii)

국문 초록 (Abstract)

남생이(Reeves’ turtle, Mauremys reevesii)는 우리나라와 중국, 일본, 대만의 담수에 서식하고 있는 반수생거북이다. 주변국과의 국제적 무역으로 인해 국내 야생에서 중국, 일본, 대만 등 개체군들이 섞이고 근연종인 중국의 줄무늬목거북(Mauremys sinensis)과의 잡종도 보고되고 있어 유전자 교란 및 오염의 위협에 처해 있으며, 국내 남생이 개체군의 밀도와 분포는 서식지 파괴와 황폐화에 의해 계속적으로 감소하고 있다. 이에 환경부에서는 멸종위기 야생생물 Ⅱ급으로, 국가유산청에서는 천연기념물 453호로 지정하여 남생이를 보호하고 있다.
본 연구는 국내 서식하는 남생이의 장기적이고 안정전적인 서식을 보장하기 위한 과학적 근거 자료를 수집제공하기 위해해 한국산 모계유전 남생이 개체를 구별하는 마커를 개발하였고, 공간 규모와 공간 배치선호 서식지 등 남생이의 서식지 조성 및 관리 가이드라인을 제시하였으며, 남생이에 영향을 주는 미세서식환경을 확인하였다. 이를 위해 2020년 3월부터 2024년 8월까지 고해상도 용해( 한글 기술 HRM(high-resolution melting, HRM)분석 분석을 활용하여 한국산 남생이 개체군을 빠르고 정확하게 구별할 수 있는 유전자형 마커를 개발하였고, 전라남도 구례군 동산제와를 포함한 저수지 11몇개소 주요 저수지, 전라남도 영암군과 광주광역시의 주요저수지 13몇개소, 경상남도 산청군 양천, 함양군 임천에서 GPS 발신기를 통한 모니터링을 통해 남생이의 서식지 공간 이용 특성을 파악하였으며, 남생이의 서식지 적합성 모델을 개발하고, 개발된 모델을 사후 검증하였다.
국외의 다른 남생이 개체군과 외형적으로 차이를 보이지 않아 구별이 어려운 한국산 모계유전 남생이 개체를 손쉽게 식별하기 위해 high-resolution melting (HRM) 분석을 통해 유전자 마커(genotyping marker)를 개발하였다. 국내 하천, 저수지, 애완동물 시장전문샵의 남생이에서 채취한 혈액 시료에서 미토콘드리아 cytochrome b (cyt b) 영역을 대상으로 실험하였다. HRM 분석 결과, 세 가지 유형이 뚜렷하게 나눠졌으며, 한국형(Korean type), 중국형(Chinese type), 소수형(Minor type)이 뚜렷하게 나눠졌으며으로 명명하였다. 그리고, 각각의 유전자형은 각 cyt b 염기서열과 일치하였다. 개발된 유전자 마커를 통해 국내에서 한국산 남생이 모계 개체군 식별을 빠르고 정확하게 할 수 있을 것으로 판단된다. 개발된 마커를 적용하여 국내 담수 서식지에서 채집된 시료의 유전자형을 확인한 결과, 한국형, 중국형, 소수형 유전자형이 모두 나타나 국내 자연에서 외래 유전자의 유입으로 인한 유전자 오염이 확인되었다.
남생이의 보전을 위해서는 남생이의 행동권과 시기별 이동 특성, 서식지 선택 등 서식지 공간 이용을 연구하는 것이 필수적이다. 남생이의 서식지 공간 이용 특성을 연구하기 위하여 남생이 등갑에 GPS 발신기를 부착 후 방사하여 모니터링하였다. 서식지 유형별로 저수지, 하천에 서식하는 남생이를 대상으로 2022년 4월부터 11월까지 의 위치데이터를 기반으로 분석하였다. 남생이의 국지볼록외곽법(local convex hull, LoCoH) 행동권(LoCoH) 크기는 저수지(12,770±7,082㎡)와 하천(18,414±14,782㎡) 간 통계학적으로 유의한 차이를 보이지 않았다. 남생이는 본래의 서식지에서 머물면서 서식하거나 서식지를 벗어난 경우, 주변의 논을 포함한 내륙수와 내륙습지, 둠벙과 활엽수림을 선호하는 서식지 선택성(habitat selectivity)을 가지며, 본래의 서식지로 돌아오는 귀소행동(homing behavior)을 보였다. 남생이의 본래 서식지 주변에 논의 면적이 클수록 인접한 도로를 횡단하는 빈도가 높아지므로 주요 논과 인접한 도로 구간에 대해 로드킬 저감을 위한 집중 관리가 필요하다. 서식지 유형별로 그리고 본래의 서식지 인근에 논에 있는 경우, 모든 개체가 6-9월 사이에 본래의 서식지를 벗어나 논을 이용하는 서식지 선택성(habitat selectivity)을 보였으며, 이들은 모두 본래의 지점으로 돌아오는 귀소행동(homing behavior)을 보이는 것으로 확인되었다. 남생이의 서식지 내 서식지 내 보전을 위한보전을 위한 저수지의 서식지 규모는 12,770±7,082㎡가 필요하며, 하천은 18,414 ±14,782㎡이 필요하다. 핵심서식지 면적은 저수지는 5,611±4,170㎡ (MCP 방법), 1,282±750㎡ (KDE 50% 방법), 하천은 2,708±2,220㎡ (MCP 방법), 793±824㎡ (KDE 50% 방법)이 필요하다. 남생이 본래 서식지에서 저수지에서는 최대 451m, 하천에서는 최대 1,387m까지 벗어났다가 돌아오는 것으로 확인되었으므로 이 범위 내 남생이 서식지에서 저수지는 450m 반경, 하천은 1,387m 내 수상 및 육상환경을 보전범위에 포함시켜야 되며, 서식지 파편화가 방지되어야 한다. 남생이 하천의 수상환경 내에는 통나무, 하중도, 둠벙 조성을 고려해야 하며, 하천 인근 육상환경에는 활엽수림, 저수지에는 논의 공간 배치가 필요하다.
남생이의 서식에 영향을 주는 환경변수를 파악하고 남생이와 환경변수 간의 관계를 파악하기 위해 전라남도 구례군의 주요 저수지에서 남생이 생태 특성을 고려한 17개의 환경변수를 선정하여 서식지 환경 조사를 실시하고, 서식지와 비서식지의 조사 결과를 통계 분석하였다. 남생이의 서식지 적합성 모델을 개발한 결과, 변수 예측값은 logit (p) = -3.45 + (0.19 × 낙엽층두께) + (1.60 × 육상교목층 피도량) + (0.71 × 육상관목층 피도량) + (0.97 × 수상초본층 피도량)으로 산출되었다. 남생이는 낙엽층두께가 두꺼울수록, 육상교목층 피도량, 육상관목층 피도량, 수상초본층 피도량이 높을수록 서식확률이 높아지는 것으로 파악되었으며. 육상교목층 피도량이 남생이의 서식에 가장 큰 영향을 끼치는 미세환경변수로 확인되었다. 그리고 개발된 서식지 적합성 모델에서 사용된 4가지 미세환경변수(낙엽층두께, 육상교목층 피도량, 육상관목층 피도량, 수상초본층 피도량)를 전라남도 영암, 광주광역시의 주요저수지에서 서식지 환경 조사를 실시하여 서식지와 비서식지의 조사 결과를 분류표를 통해 외적 검증을 한 결과, 분류 정확도가 93.8%로 나타났다.
국내 남생이의 장기적이고 안정적인 서식 보장을 위해서는 본 연구를 통해 확인된 한국산 모계유전 남생이 개체 식별 마커를 기반으로 핵DNA가 포함한부계 유전자까지 고려한 한국산 유전자형 남생이 판별 마커를 개발해야 한다. 이와 동시에 남생이의 행동권 크기와 시기별 이동, 서식지 선택 등을 고려한 공간 규모와 공간 배치를 적용하며, 남생이에게 실질적으로 영향을 주는 미세환경변수에 대한 정보를 활용한 종합적인 보전 전략이 필요할 것이라 생각된다.남생이의 효과적인 보전을 위해서는 행동권과 핵심서식지 면적으로 제시되는 공간적인 규모뿐만 아니라 안정적인 커버와 수자원을 포함하는 핵심 서식지와 인근의 논, 활엽수림 등과 같은 남생이가 선호하는 서식지의 연결성을 유지하여 하나의 단위 서식지로써 관리가 필요하다고 판단된다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Reeves' turtle, Mauremys reevesii, , is a semi-aquatic turtle inhabiting freshwater environments in Korea, China, Japan, and Taiwan. The native Korean population is under severe threat from genetic disturbance due to international trade, which has led to intermixing with non-native populations and hybridization with the closely related Chinese stripe-necked turtle (Mauremys sinensis). Furthermore, its population and distribution are steadily declining due to habitat destruction and degradation. Consequently, M. reevesii is designated as a Class II Endangered Wildlife species and a Natural Monument in the Republic of Korea (ROK).
This study aimed to provide a scientific basis for the long-term, stable conservation of M. reevesii in the ROK by developing a geneticgenotyping marker to distinguish the native maternal lineage, proposing guidelines for habitat management based on spatial ecology, habitat preference and identifying key microhabitat variables.
This research was conducted through three main approaches from March 2020 to August 2024. First, from March 2020 to August 2024, a rapid and accurate geneticgenotyping marker for identifying the Korean maternal lineage was developed using high-resolution melting (HRM) analysis of the mitochondrial cytochrome b (cyt b) gene. Second, the spatial habitat ecology of the species was investigated using GPS telemetry in 11 reservoirs including Dongsanje in Gurye-gun, Jeollanam-do, 13 reservoirs in Yeongam-gun, Jeollanam-do and Gwangju metropolitan city and in the Yangcheon and Imcheon streamrivers in Sancheong-gun and Hamyang-gun, Gyeongsangnam-do from April to November 2022. Third, a habitat suitability model was developed and externally validated using forest environmental data from key reservoir habitats.
The HRM analysis successfully distinguished three distinct genotypes—named Korean, Chinese, and Minor types—which perfectly corresponded with their respective cyt b sequences, enabling rapid and accurate identification of the native maternal lineage. Application of this marker to wild-caught samples confirmed the presence of all three genotypes in Korean freshwater habitats, providing clear evidence of genetic pollution resulting from the introduction of non-native individuals, likely originating from the pet trade market.
The spatial analysis revealed no statistically significant difference in home range size (local convex hull, LoCoH) between reservoir and river habitats. M. reevesii exhibited distinct habitat selectivity, preferring adjacent inland waters, inland wetlands, ponds (dumbung), and deciduous forests, and demonstrated homing behavior. A positive correlation was found between the area of nearby rice fields and the frequency of road crossings, highlighting the need for targeted road-kill mitigation measures. Based on this, conservation guidelines for required habitat size were quantified as 12,770 ± 7,082 m² for the reservoir and 18,414 ± 14,782 m² for the river. Core habitat areas were estimated to be 5,611 ± 4,170 m² (MCP) and 1,282 ± 750 m² (KDE 50%) for the reservoir, and 2,708 ± 2,220 m² (MCP) and 793 ± 824 m² (KDE 50%) for the river. Given that M. reevesii made excursions up to 451 m (reservoir) and 1,387 m (river) from their original points, these surrounding aquatic and terrestrial environments must be included within the conservation buffer to prevent habitat fragmentation.
The habitat suitability model identified leaf litter depth, terrestrial tree canopy cover, terrestrial shrub cover, and aquatic herbaceous cover as key positive predictors of turtleM. reevesii presence, with the equation: logit(p) = -3.45 + (0.19 × leaf litter depth) + (1.60 × terrestrial tree canopy cover) + (0.71 × terrestrial shrub cover) + (0.97 × aquatic herbaceous cover). Terrestrial tree canopy cover was the most influential microhabitat variable. The model's robustness was confirmed through external validation, which yielded a classification accuracy of 93.8%.
For the long-term conservation of M. reevesii, it is imperative to build upon the maternal marker developed in this study to create a more comprehensive marker that includes paternal lineage. Concurrently, effective conservation must transcend managing isolated elements and instead adopt a holistic approach. This requires managing not only the spatial scale of home ranges and core areas but also ensuring the connectivity between core habitats and preferred adjacent areas, such as rice paddiefields and deciduous forests, connecting them as a single, functional habitat unit.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• I. 연구의 배경 및 필요성 2
• II. 연구사 7
• 1. 남생이 및 근연종의 유전적 연구 7
• 2. 남생이 및 반수생거북의 공간 이용 10
• 3. 남생이 및 반수생거북의 서식지 12
• III. 연구 목적 및 구성 15
• IV. 연구 방법 18
• 1. 연구 대상종 18
• 2. 연구대상지 및 연구 방법 개요 20
• 3. 연구 법적 허가사항 21
• 제 2 장 남생이의 유전자 마커를 활용한 모계 개체군 식별 22
• I. 서론 23
• II. 연구 방법 25
• 1. 미토콘드리아 유전자 확보 25
• 2. 남생이 유전시료 확보 25
• 3. PCR 프라이머 설계 27
• 4. PCR 증폭반응 27
• 5. 염기서열 해독 및 편집 30
• 6. HRM 분석 30
• III. 연구 결과 34
• IV. 고찰 39
• 제 3 장 남생이의 공간 이용 42
• I. 서론 43
• II. 연구 방법 45
• 1. 연구 시기 및 대상지 45
• 2. 남생이 전용 포획틀 제작 47
• 3. 남생이 외형 측정 49
• 4. 발신기 부착 및 방사 후 모니터링 52
• 5. 위치데이터 필터링 54
• 6. 공간 이용 분석 55
• III. 연구 결과 58
• 1. 남생이의 포획, 발신기 부착 및 방사 58
• 2. 남생이의 행동권 61
• 3. 남생이의 일일 이동거리 66
• 4. 남생이의 시간별 육상 활동 69
• 5. 남생이의 도로 이용 75
• IV. 고찰 78
• 제 4 장 남생이의 시기별 이동 및 서식지 선택 82
• I. 서론 83
• II. 연구 방법 85
• 1. 연구 시기 및 대상지 85
• 2. 남생이의 서식지 유형별 시기별 이동 86
• 3. 남생이의 서식지 유형별 핵심서식지 면적 및 서식지 질 87
• 4. 남생이의 서식지 선택 88
• 5. 남생이의 개체별 시기별 이동 및 핵심서식지 면적 90
• III. 연구 결과 91
• 1. 남생이의 서식지 유형별 시기별 이동 91
• 2. 남생이의 서식지 유형별 핵심서식지 면적 및 서식지 질 97
• 3. 남생이의 서식지 선택 99
• 4. 남생이의 개체별 시기별 이동 및 핵심서식지 면적 104
• 5. 남생이의 핵심서식지 내 공간배치 분석 110
• IV. 고찰 119
• 제 5 장 서식지 적합성 모델을 활용한 남생이의 미세서식지 선택 분석 125
• I. 서론 126
• II. 연구 방법 128
• 1. 연구 대상지 128
• 2. 서식지 환경 조사 133
• 3. 서식지 적합성 모델의 사후 검증 136
• 4. 통계 분석 137
• III. 연구 결과 139
• IV. 고찰 149
• 제 6 장 종합 고찰 및 결론 152
• I. 종합 고찰 153
• II. 결론 160
• 참고 문헌 163
• ABSTRACT 183