Conservation Approaches for the Captive Eurasian Otter (Lutra lutra) based on Genetic Management and Animal Welfare = 유전적 관리와 동물복지에 기반한 사육 수달 개체군의 보전

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Biodiversity loss can lead to an increase in endangered species, which are particularly vulnerable to inbreeding, genetic drift, and environmental change due to small population sizes and low genetic diversity. Therefore, conservation efforts are essential to enhance the long-term viability of endangered species, with priority given to keystone species that have a disproportionate influence on ecosystem functions. Conserving such keystone species can contribute not only to ecosystem stability but also to the maintenance of biodiversity across habitats.
Effective conservation of endangered species requires complementary implementation of in situ conservation in natural habitats and ex situ conservation in zoos and conservation institutions. Recently, animal welfare has been recognized as a key factor influencing survival, reproductive success, and the maintenance of genetic diversity, thereby affecting long-term conservation outcomes. Accordingly, integrative approaches such as compassionate conservation and conservation welfare have been proposed to link conservation and animal welfare. However, species-specific studies that apply these perspectives remain limited.
Eurasian otters (Lutra lutra) are keystone species in aquatic ecosystems and an endangered species of high conservation value in South Korea. Nevertheless, previous research has primarily focused on the distribution of wild populations and assessment of habitat status. Consequently, long-term conservation management that considers both wild and captive populations—particularly the linkage between population-level genetic management and individual-level welfare—has been comparatively limited.
Accordingly, this study aimed to support the long-term conservation of Eurasian otters by developing fecal sampling strategies for monitoring both wild and captive populations and proposing genetic management strategies based on analyses of the genetic sustainability in captive populations. In addition, factors influencing hair cortisol concentration, a physiological indicator of chronic stress, were examined, and welfare levels and their influencing factors in captive environments were comprehensively analyzed.
In Chapter 1, environmental factors affecting the quality of Eurasian otter fecal DNA were analyzed, and a non-invasive sampling strategy suitable for South Korean climate was proposed. In both summer and winter, PCR amplification success rates tended to decrease and genotyping error rates tend to increase with longer exposure time. This deterioration in fecal DNA quality occurred more rapidly under the hot and humid conditions of summer. These findings suggest that sampling under cold and dry conditions of winter can yield more reliable data, and that when sampling is unavoidable during summer, it is recommended to use fresh fecal samples collected within one day of defecation. The findings of this chapter could be used to develop efficient and standardized fecal sampling strategies applicable to future monitoring of both wild and captive otter populations.
In Chapter 2, the long-term genetic sustainability of the captive population in South Korea was evaluated using PMx simulations, and genetic management strategies were proposed. Pedigree-based analyses showed that the current Ne/N ratio was calculated to be 0. However, assuming other variables remain at their current levels, maintaining an Ne/N ratio of at least 0.1247 was projected to retain more than 90% of genetic diversity after 100 years. Accordingly, improving the Ne/N ratio was identified as a priority management goal to ensure the long-term genetic stability of the captive population. In addition, reductions in the introduction of wild founders to one-half or one quarter of the current level were expected to negatively affect genetic diversity maintenance. However, increasing the Ne/N ratio to at least 0.22 or 0.41, respectively enabled the defined genetic goal to be achieved. Considering potential fluctuations in the availability of wild individuals (founders), the findings highlight the need to reduce dependence on wild individuals inputs and to secure genetic stability by systematically improving the Ne/N ratio within the captive population.
In Chapter 3, factors influencing hair cortisol concentration were analyzed to assess its utility as an indicator of chronic stress. Juveniles showed significantly higher hair cortisol concentration than adults, suggesting possible effects of growth related energy demands or higher sensitivity to environmental conditions. In contrast, no significant differences were observed by sex or housing type. Additionally, some individuals with diseases showed exceptionally high HCC, indicating that health status is a potential factor to consider when interpreting HCC. The findings of this chapter suggest that identifying key considerations for interpreting hair cortisol concentration may contribute to the reliable application of this indicator in physiological welfare assessments of otters.
In Chapter 4, welfare status was evaluated for 17 captive Eurasian otters housed in eight enclosures across six zoos in South Korea using a modified Animal Welfare Assessment Grid (AWAG). While physical welfare was generally good, poor welfare status was identified for procedural factors such as restraint and visitor score. A significant positive correlation was observed between restraint and training, suggesting that positive reinforcement training may help to mitigate restraint-related stress. In addition, correlations between environmental factors and abnormal behaviors indicated that improvements in enclosure design may be important for enhancing psychological welfare. Although no significant association was found between hair cortisol concentration and welfare factors, this chapter underscored the need to refine welfare assessment indicators, expand sample sizes, and improve hair sampling strategies in future research.
Overall, this study linked in situ and ex situ conservation for an endangered Eurasian otter and presented long-term conservation strategies that jointly considers population-level genetic management with individual-level welfare assessment. Unlike previous studies that have discussed integrating conservation and welfare mainly at a conceptual level, this study applied that perspective to a single species by linking fecal DNA based genetic monitoring strategies, genetic management of captive population, analyses of factors influencing a chronic stress indicator, and comprehensive welfare assessment within a single long-term conservation research framework. The approaches and findings can serve as a useful reference for advancing and implementing long-term management strategies for the Eurasian otter conservation.

국문 초록 (Abstract)

생물다양성 감소는 멸종위기종 증가로 이어질 수 있으며, 멸종위기종은 소규모 개체군과 낮은 유전적 다양성으로 인해 근친교배와 유전적 부동, 환경 변화에 특히 취약하다. 따라서 멸종위기종의 지속가능성을 높이기 위한 보전 노력이 필요하며, 특히 생태계 기능에 큰 영향을 미치는 핵심종(keystone species)에 대한 우선적 관리가 요구된다. 이러한 핵심종의 보전은 생태계 안정성과 서식지 전반의 생물다양성 유지에도 기여할 수 있다.
멸종위기종 보전은 자연 서식지에서의 서식지 내(in situ) 보전과 동물원 ∙ 보전기관 중심의 서식지 외(ex situ) 보전을 상호 보완적으로 활용하여 추진될 수 있으며, 최근에는 복지가 개체의 생존과 번식 성공, 유전적 다양성 유지와 연관되어 개체군의 장기 보전 성과에 영향을 미칠 수 있는 요인으로 주목받고 있다. 이에 따라 자비로운 보전(Compassionate conservation)과 보전 복지(Conservation welfare) 등 보전과 복지를 통합하려는 접근이 제안되었으나, 특정 종을 대상으로 이를 반영한 연구는 여전히 제한적이다.
수달은 수생 생태계의 핵심종이자 국내 보전 가치가 높은 멸종위기종이지만, 기존 연구는 주로 야생 개체군의 분포 및 서식 현황 평가에 집중되어 왔다. 그 결과 야생과 사육 개체군을 함께 고려한 장기적 보전 관리, 특히 개체군의 유전 관리와 개체 복지를 연계하여 다룬 연구는 상대적으로 부족하다.
본 연구에서는 수달의 장기 보전을 위해 야생 및 사육 개체군의 모니터링을 위한 분변 채집 전략을 마련하고, 사육 개체군의 유전적 지속 가능성 분석을 바탕으로 유전 관리 방안을 제시하였다. 또한 만성 스트레스 지표로서 털 코르티솔 농도(Hair cortisol concentration)를 생리적 복지 지표로 활용하기 위한 고려 요인을 확인하고, 사육 환경에서의 복지 수준과 영향 요인을 종합적으로 분석하였다.
제 1장에서는 수달 분변 DNA 품질에 영향을 미치는 환경 요인을 분석하여 국내 기후에 적합한 비침습적 시료 채집 전략을 제시하였다. 여름철과 겨울철 모두 노출 시간이 증가할수록 PCR 증폭 성공률은 감소하고 유전자형 오류율은 증가하는 경향을 보였다. 특히 고온 ∙ 다습한 여름철에는 분변 DNA 품질 저하가 더 빠르게 나타났다. 이는 겨울철의 저온 ∙ 건조한 조건에서 시료를 채집할 경우 상대적으로 높은 데이터 신뢰성을 확보할 수 있음을 시사하며, 여름철 채집이 불가피한 경우, 배설 후 1일 이내의 신선한 분변을 실험에 사용할 것을 제안한다. 본 장의 결과는 향후 수달 야생 및 사육 개체군 모니터링에 적용 가능한 효율적이고 표준화된 분변 채집 전략 수립에 활용될 수 있을 것이다.
제 2장에서는 국내 사육 개체군의 장기 유전적 지속가능성을 PMx 시뮬레이션으로 평가하고, 이를 바탕으로 유전적 관리 방안을 제시하였다. 혈통 자료 기반 분석에서 Ne/N 비율은 현재 0으로 산출되었으나, 다른 변수들이 현 수준으로 유지된다는 가정하에 Ne/N 비율을 최소 0.1247 이상으로 확보할 경우 100년 후에도 유전다양성 90% 이상을 유지할 수 있는 것으로 예측되었다. 이에 따라 사육 개체군의 장기적인 유전 안정성확보를 위한 우선 관리 목표로 Ne/N 비율 개선이 도출되었다. 또한 야생 개체(원천개체) 유입이 현 수준의 1/2 또는 1/4로 감소할 경우, 유전다양성 유지에 부정적 영향이 예상되었으나, Ne/N 비율을 각각 0.22 및 0.41 이상으로 개선하면 설정한 유전적 목표 달성이 가능하였다. 야생 개체 유입 변동 가능성을 고려할 때, 야생으로부터의 유입 의존도를 낮추고, 사육 개체군 내부에서 Ne/N 비율을 체계적으로 개선하여 유전적 안정성을 확보하는 관리 전략이 필요함을 제시하였다.
제 3장에서는 털 코르티솔 농도를 만성 스트레스 지표로 활용하기 위해, 해당 지표에 영향을 미칠 수 있는 요인을 분석하였다. 그 결과, 어린 개체는 성체보다 유의하게 높은 털 코르티솔 농도를 보여 성장기 에너지 요구량 또는 환경 민감성이 영향을 미쳤을 가능성이 제기되었다. 반면, 성별 및 서식 유형에 따른 유의한 차이는 확인되지 않았다. 또한, 질병이 있는 일부 개체에서 상대적으로 매우 높은 털 코르티솔 농도가 측정되어, 건강 상태가 해석 과정에서 고려되어야 할 잠재적 요인임을 확인하였다. 본 장의 결과는 털 코르티솔 농도 해석에 필요한 고려 요인을 제시함으로써, 수달의 생리적 복지 평가에서 해당 지표의 신뢰성 있는 적용에 기여할 수 있음을 시사한다.
제 4장에서는 국내 6개 동물원에 위치한 8개 사육장에서 사육 중인 수달 17개체를 대상으로, modified Animal Welfare Assessment Grid를 적용하여 복지 수준을 평가하였다. 신체적 복지는 전반적으로 양호했으나, 보정 및 방문객 영향 등 절차적 요인에서 상대적으로 낮은 복지 수준이 확인되었다. 또한 보정과 훈련 간 유의한 양의 상관관계가 나타나, 긍정강화 훈련이 물리적 보정에 의한 스트레스를 완화하는 데 기여할 가능성을 시사하였다. 또한 환경적 요인과 비정상 행동 간 상관성은 환경 구조 개선이 정신적 복지 향상과 관련될 수 있음을 보여주었다. 털 코르티솔 농도와 복지 요인 간 유의한 상관관계는 확인되지 않았으며, 평가 방법 보완, 연구 대상 확대, 털 채집 방법 개선 등이 향후 과제로 제시되었다.
본 연구는 멸종위기종 수달을 대상으로 서식지 내∙외 보전을 연계하고, 장기 보전 전략을 개체군 수준의 유전 관리와 개체 수준의 복지 평가를 함께 고려하는 관점에서 제시하였다. 이는 보전과 복지의 통합 필요성을 주로 개념적으로 논의해 온 선행 연구와 달리, 특정 종을 대상으로 분변 DNA 기반 유전 모니터링 전략 수립, 사육 개체군의 유전 관리, 만성 스트레스 지표의 영향 요인 분석, 종합 복지 평가를 하나의 장기 보전 연구의 틀 안에 연계하여 제시함으로써 보전과 복지를 함께 고려하는 접근의 필요성을 강조하였다. 본 연구에서 제시한 접근과 결과는 향후 수달의 장기 보전을 위한 관리 전략을 수립 ∙ 적용하는 데 유용한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• General Introduction 1
• Endangered species conservation 1
• Eurasian otter (Lutra lutra) 5
• Purpose of the research 10
• Research flowchart 12
• Chapter 1. Strategic sampling of Eurasian otter spraints for genetic research in South Korea―enhancing PCR success and data accuracy
• Introduction 13
• Materials and Methods 16
• Results 22
• Discussion 30
• Conclusions 33
• Chapter 2. Projection of long-term population survival under different scenarios of Eurasian otter (Lutra lutra) in captivity in South Korea
• Introduction 36
• Materials and Methods 40
• Results 46
• Discussion 53
• Conclusions 57
• Chapter 3. Hair cortisol as an indicator of chronic stress in Eurasian otters (Lutra lutra): evaluating influencing variations such as housing type, age class and sex
• Introduction 59
• Materials and Methods 62
• Results 65
• Discussion 73
• Conclusions 79
• Chapter 4. Comprehensive welfare assessment of Eurasian otters (Lutra lutra) in 6 South Korean zoos using the modified animal welfare assessment grid (AWAG) and hair cortisol concentration
• Introduction 81
• Materials and Methods 83
• Results 99
• Discussion 123
• Conclusions 131
• Appendix 134
• General Discussion 141
• General Conclusions 147
• Bibliography 149
• 국문초록 182