Independent and Combined Effects of Microplastics and Temperature on the Life History Traits of the Copepod Acartia spp.

국문 초록 (Abstract)

미세플라스틱 （MPs）은 5 mm 이하의 작은 플라스틱으로 전 세계 해양에 분포하고 있는 입자형 오염물질이다. MPs 의 작은 크기로 인해 해양생물은 이를 직접적 혹은 간접적으로 섭식할 수 있다. 수온 변동은 생물의 생리적 상태를 조절하는 기본적인 환경 요인으로, 환경 중 오염물질의 영향을 평가할 때 수온 조건을 동반하여 고려해야 한다. 요각류 Acartia spp.는 전 세계 연안지역에 널리 분포하는 종으로, 연안지역의 큰 환경변동을 겪을 수 있다. 환경변동에 대한 Acartia spp.의 반응은 연안 요각류가 복합 스트레스 조건에서 생활사 및 생리적 반응을 조절하는 방식을 대변할 수 있다. 본 연구는 MPs 와 수온의 단일 작용 및 구배에 따른 상호작용이 Acartia spp.의 생활사 전략 및 발달에 미치는 영향을 조사하였다. Acartia omorii 와 A. hudsonica nauplii 는 3 개의 MP 농도 {0 （대조구）, 100, 10,000 μg/L}와 3 개의 수온 {15 （대조구）, 20, 25℃}의 조합으로 이루어진 총 9 개의 조건에 노출되었다. A. omorii 는 각 조건에서 생존율, 산란수, 지방 방울 부피, 분립의 수 （FP number）, 분립의 순부피 （net FP volume）, 섭식한 MPs 의 수를 측정하였다. A. hudsonica nauplii 의 경우 nauplius 1 기부터 최종 nauplius 단계인 6 기까지 관찰하였으며 생존율과 발생 단계별 발생 시간 및 누적 발생 시간을 측정하였다. A. omorii 의 생존은 수온의 증가에 따라 유의하게 감소하였다. MPs 의 단독 효과는 A. omorii 의 생존에 유의한 영향을 미치지 않았다. 수온과 MPs 의 복합효과는 MP 농도 10,000 μg/L 의 두 고온 조건 모두에서 유의하였다. 이는 음의 길항작용으로 해석되었다. A. omorii 의 산란수는 수온의 증가에 따른 유의한 감소가 있었다. MPs 는 A. omorii 의 산란에 유의미한 영향을 주지 않았다. 수온과 MPs 의 상호작용은 MP 농도 10,000 μg/L 의 20℃에서 음의 길항작용을 보였다. A. omorii 의 지방 방울 부피는 수온에 따라 유의하게 달랐지만 MPs 농도나 MPs 와 수온의 상호작용으로 인한 유의한 변화는 없었다. MPs 농도 10,000 μg/L 의 15℃에서 섭식한 MP 의 수는 지방과 유의한 음의 상관관계가 있었다. A. omorii 의 FP number 는 수온의 증가에 따라 유의하게 증가하였으며 MPs 농도의 증가는 FP number 를 유의하게 감소시켰다. 20℃에서 net FP volume 은 15℃에 비해 유의하게 적었다. MPs 노출은 net FP volume 을 유의하게 감소시켰다. MPs 를 포함한 총 FP volume 대비 Net FP volume 의 감소폭은 MPs 자체가 차지하는 부피를 초과하였다. MPs 와 고수온의 동시노출은 A. omorii 가 생산하는 FP number 에 양의 길항작용을 나타냈으며 net FP volume 에는 음의 시너지 효과를 보였다. A. hudsonica nauplii의 생존율은 수온에 따라 유의한 차이가 있었으며 20℃에서 가장 낮았다. 노출 MP 농도에 따른 생존율 차이는 15℃에서만 출현했으며 가장 고농도인 10,000 μg/L 에서 가장 낮았다. 발생 단계별 발생 속도는 수온에 의한 유의차가 있었으며, 그 패턴은 발생 단계별로 상이하게 나타났다. 누적 발달 시간은 20℃가 가장 짧았으며 25℃, 15℃ 순으로 뒤를 이었다. Naupliar stage 의 마지막 발생 단계인 6 기 도달률은 15℃에서 가장 높았으며 두 고수온 조건은 15℃ 대비 유의하게 낮았다. MPs 처리군 간의 유의한 차이는 15℃ 조건에서만 출현하였다. 이러한 결과는 수온이 Acartia spp.의 생리적 반응을 조절하는 기본적 요인임을 강조한다. MPs 의 효과는 수온 의존적이거나 혹은 수온과의 상호작용을 통해 새로운 방향의 반응을 유도했으며, 생활사에 따라 단일 및 상호작용의 효과가 다르게 나타났음을 보여주었다. 본 연구는 MPs 와 수온이 Acartia spp.의 생활사 전략에 미치는 영향을 알기 위해서는 단일 효과뿐 아니라 상호작용의 효과, 그리고 생활사 단계에 따른 반응을 고려해야 함을 제시한다.

목차 (Table of Contents)

• 1. General introduction 1
• 2. Survival and fecundity in Acartia omorii under combined microplastic exposure and thermal variation 3
• 2.1. Introduction 3
• 2.2. Materials and methods 6
• 2.2.1. Copepod collection and acclimation 6
• 2.2.2. Individual culture 8
• 2.2.3. Survival rate and fecundity 9
• 2.2.4. Data analysis 9
• 2.2.5. Statistical analysis 10
• 2.3. Results 11
• 2.3.1. Survival rate 11
• 2.3.2. Fecundity 16
• 2.4. Discussion 20
• 2.5. Conclusion 24
• 3. Lipid storage and fecal pellet production responses of Acartia omorii across microplastic concentrations and temperatures 25
• 3.1. Introduction 25
• 3.2. Materials and methods 29
• 3.2.1. Copepod collection and acclimation 29
• 3.2.2. Individual culture 31
• 3.2.3. Fecal pellets and ingested MPs 33
• 3.2.4. Lipid droplet volume 33
• 3.2.5. Data analysis 36
• 3.2.6. Statistical analysis 36
• 3.3. Results 38
• 3.3.1. Ingested MPs 38
• 3.3.2. Lipid droplet volume 40
• 3.3.3. Fecal pellets 44
• 3.3.3.1. FP number 44
• 3.3.3.2. Net FP volume 47
• 3.4. Discussion 49
• 3.5. Conclusion 58
• 4. Survival and developmental responses of Acartia hudsonica nauplii to polystyrene microplastics and thermal variation 59
• 4.1. Introduction 59
• 4.2. Materials and methods 63
• 4.2.1. Copepod collection and acclimation 63
• 4.2.2. Individual culture 65
• 4.2.3. Survival and developmental observations 68
• 4.2.4. Data analysis 69
• 4.2.5. Statistical analysis 69
• 4.3. Results 71
• 4.3.1. Survival rate 71
• 4.3.2. Development 73
• 4.3.2.1. Developmental time 73
• 4.3.2.2. Final-stage (NⅥ) attainment rate 78
• 4.3.2.3. Temporal pattern of stage composition 80
• 4.4. Discussion 84
• 4.5. Conclusion 91
• 5. General conclusion 92
• 6. References 94