Influencing Factors and Mechanisms of Environmental DNA Degradation in Water Environmental : Forensic Persoective

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The rate of environmental DNA (eDNA) degradation in aquatic environments has been extensively studied across various academic disciplines, including ecology, environmental science, and molecular biology. Tracking the eDNA degradation process reveals how biological traces disappear over time in water, allowing inferences about when and where specific organisms were present. Research on human-derived DNA in aquatic systems remains limited. However, mechanisms identified in ecological studies—such as the effects of temperature, pH, ultraviolet (UV) radiation, salinity, and microbial activity— offer important insights into potential forensic applications. The detection of human eDNA holds promise for forensic contexts such as missing person searches and submerged body recovery, highlighting the need for further research in this emerging field. This review addresses this need by comprehensively examining published studies on eDNA degradation in aquatic organisms and summarizing the environmental factors that influence degradation rates. Key factors include temperature, pH, UV radiation, and bacterial activity, which are known to affect degradation patterns primarily through complex interactions rather than independent effects. Additional studies have also identified dissolved oxygen, biomass, and DNA fragment size as contributing variables. By synthesizing existing findings from an environmental perspective, this paper aims to establish a conceptual foundation for future studies on human eDNA detection in aquatic environments and to provide a scientific basis for future forensic applications. In particular, this review organizes environmental influences into three mechanistic categories—chemical, biological, and physical—to provide a structured framework for interpreting human-derived eDNA signals in aquatic forensic investigations. This mechanistic classification not only synthesizes environmental degradation pathways but also provides a practical interpretive foundation for evaluating human-derived eDNA in forensic investigations involving aquatic environments.

국문 초록 (Abstract)

수중 환경에서의 환경 DNA(environmental DNA, eDNA) 분해 속도는 생태학, 환경과학, 분자생물학 등 다양한 학문 분야에서 폭넓게 연구되어 왔다. eDNA 분해 과정을 추적하는 것은 수중에서 생물학적 흔적이 시간에 따라 어떻게 소실되는지를 이해하는 데 도움을 주며, 이를 통해 특정 생물이 언제, 어디에 존재했는지를 추론할 수 있다. 그러나 수중 환경에서 인간 유래 DNA에 대한 연구는 아직 제한적이다. 그럼에도 불구하고 생태학 분야에서 밝혀진 온도, pH, 자외선(UV), 염도, 미생물 활성과 같은 영향 요인은 법과학적 적용 가능성에 중요한 통찰을 제공한다. 인간 유래 eDNA의 검출은 실종자 수색이나 수중에서의 시신 탐색과 같은 법과학적 상황에서 활용될 수 있어, 이 새로운 연구 분야에서의 추가적 검증 연구가 요구된다. 본 연구는 수중 생물 종을 대상으로 수행된 기존 eDNA 분해 연구를 종합적으로 고찰하고, 분해 속도에 영향을 미치는 환경 요인을 정리하였다. 주요 요인으로는 온도, pH, 자외선, 세균 활성 등이 있으며, 이들 요인은 독립적으로 작용하기보다는 복합적인 상호작용을 통해 분해 양상에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 또한 용존산소, 바이오매스, DNA 절편 크기와 같은 요인들도 분해 속도에 기여하는 변수로 보고되어 왔다. 본 연구는 이러한 환경적 관점에서 기존 연구 결과를 통합함으로써, 향후 수중 환경에서 인간 유래 eDNA를 검출하기 위한 기초 개념을 마련하고, 법과학적 적용을 위한 과학적 기반을 제공하고자 한다. 특히 본 연구는 환경적 영향 요인을 화학적, 생물학적, 물리적 기전의 세 가지 범주로 체계화하여, 수중 법과학 조사에서 인간 유래 eDNA 신호를 해석하기 위한 구조적 틀을 제시한다. 이러한 기전 기반 분류는 eDNA 분해 경로를 종합적으로 정리할 뿐만 아니라, 수중 환경에서 인간 유래 eDNA를 평가·해석하는 데 실용적인 법과학적 근거를 제공한다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Materials and Methods 5
• 1. Review and analysis of Previous Studies‧ 5
• 2. Data Extraction 8
• Ⅲ. Results 10
• 1. Spontaneous Hydrolysis 10
• 2. Chemical Factors 11
• 3. Biological Factors 28
• 4. Physical Factors 39
• Ⅳ. Conclusion 48
• Ⅴ. Discussion 51
• References 58
• Abstract in Korean 70