화학물질 등이 자연생태계에 미치는 잠재적인 악영향을 생태리스크라고 한다. 생태계 교란에는 화학물질 및 영양염 부하에 의한 환경오염뿐만 아니라 온난화 및 남획, 서식지 파괴 및 분단화, 외래종의 침입 등 다양한 요인이 있다. 다양한 독성을 나타내는 화학물질 간 및 화학물질과 그 이외의 요인 사이에서 생태리스크를 비교 평가하기 위해서는 수리모델의 활용에 의한 정량적인 평가법의 개발이 필요하다. 환경리스크 연구센터는 화학물질 관리를 위한 규제의 과학적인 연구의 일환으로서 생태학적인 시점에 기초한 생태리스크의 모델링 방법의 개발을 수행하고 있다.
생태리스크의 연구를 개체군 레벨과 군집 레벨로 나누어 서브테마 (1) 개체군 레벨에서 화학물질의 생태리스크에 관한 연구, 서브테마 (2) 군집, 생태계 레벨에서 화학물질의 생태리스크에 관한 연구를 계획하였다. 서브테마 (1)에서는 개체군 레벨의 영향평가에 효과적인 생태독성 시험법의 개발과 수리모델에 의한 해석을 연대하였고, 서브테마 (2)에서는 생태리스크 평가모델의 개발과 함께 도쿄만의 저서어개(底棲魚介)류 및 가스미가우라(霞ケ浦)의 동물 플랑크톤의 군집해석을 통해 영양염 부하 및 화학오염에 의한 생태계 동태 영향 평가를 시도하였다. 그리고 환경리스크를 저감시키기 위한 관리비용을 고려하여 최적의 관리계획을 책정하는 수리적인 방법을 서브테마 (3) 생태리스크의 최적 관리수법에 관한 연구로 개발하고 있다.
서브테마 (1)에서는 생태리스크를 개체군 레벨에서 평가하는 수법의 일환으로서 내분비교란물질의 작용을 물벼룩 성비의 교란시험으로 수행하고 있다. 물벼룩은 통상 수컷이 교배하지 않고 암컷의 자충(子?)을 낳는 단위생식에 의해 증식한다. 그러나 암컷이 되어야 하는 개체가 내분비 교란물질의 작용으로 개체군의 증가율은 저하된다. 물벼룩의 성비 교란작용과 번식독성의 리스크를 비교하기 위해서 개체군 증가율의 저하로서 통일적인 내분비 교란물질과 기타 화학물질의 생태리스크를 평가한다.
화학물질은 성비 교란을 유발하는 수용체와 배발생에서 한정된 감수기에만 결합하여 그 복합체의 밀도가 성전환 확률을 결정한다고 가정한 수리모델을 작성하였다. 사례 연구로서 피리프록시펜(Pyriproxyfen)에 대해 실시한 성비 및 번식장애 시험 데이터에 이 해석방법을 적용하였다. 컴퓨터 시뮬레이션에서 파라미터를 추정한 결과, 감수기는 분만 전 5±1일이며, 독성반응의 불가역성이 높고, 감수기간 내의 최대 폭로농도에 좌우되는 것을 알았다.
번식독성에 관해서는 물벼룩의 체내에서 화학물질 농도가 어떻게 변동하는가를 1차 독물속도론 모델에 의해 모델화하고, 번식영향 모델로서 동적에너지 분배모델(DEBtox모델)을 채용하였다. DEBtox 모델은 생물이 섭취에 의해 얻은 에너지를 번식, 개체성장, 기초대사 등에 분배하는 패턴을 기술하는 생물생태학의 수리모델이다. 이 모델을 이용하면 화학물질의 독성이 번식에 미치는 영향을 난세포 형성부전 등의 직접영향과 체성장의 지연을 매개하는 불가역 간접영향을 나누어 추정할 수 있어 화학물질의 노출농도가 시간적으로 크게 변동되는 경우에도 독성반응을 잘 재현할 수 있다.
이러한 2개의 모델 결과를 물벼룩 개체수 변동모델에 도입함으로써 개체군 증가율에 대한 독성영향을 추정하였다. 시뮬레이션 계산 결과, 성비 교란 작용에 의한 개체군 레벨의 효과는 번식장애에 의한 효과의 1/4 정도라는 것을 나타내었다.
화학물질의 생태영향을 평가하는 목적으로 실시되고 있는 공정시험법은 조류?물벼룩-송사리의 스크리닝 독성시험으로 이루어져 있다. 이러한 종은 3개의 영양단계의 대표종으로 선정되어 있지만, 실제 생태계에서는 종간 상호작용에 의해 연결되어 있으며, 그 상호작용을 정식화하여 생태리스크를 평가하지 않으면 3종에 대한 독성영향의 상대적인 중요함을 명확히 할 수 없다. 해외에서 시행되고 있는 화학물질 관리를 포함하여 현재 리스크 평가법에서는 이러한 생태학적 방법이 확립되어 있지 않기 때문에 어느 종도 만성적인 영향을 받지 않는 농도에 기초하여 기준을 책정하고 있다. 즉, 생태학적 지식의 불확실성에 의해 리스크를 과대 평가하고 있을지도 모르며, 다른 화학물질로 산정된 생태리스크의 상대적인 크기도 리스크 순위를 반영하고 있지 않을 수도 있다.
생태리스크 프로젝트에서는 먹이와 포식자의 관계로 연결된 3개 영양단계의 생물군집을 모의한 생태리스크 평가모델(3종 생태리스크 평가모델)을 작성하였다. 그리고 생물체 내에서 화학물질의 농도변화를 근사한 독물속도론 모델, 화학물질에 대한 생물의 독성반응을 예측하는 독성반응 모델, 개체의 성장·번식을 표현하는 동적 에너지 분배모델 등 생태학과 이 분야의 환경화학 및 생태독성학에서 연구되어 온 수리모델을 생태학 모델과 연동시킴으로써 생태학적 요소를 도입한 생태리스크 평가 모델을 작성하고 있다.
3종 영양단계 모델은 조류-물벼룩-송사리의 연간 개체수(밀도) 변동을 재현하는 것으로, 모델에 필요한 많은 생태학적 파라미터는 담수생물학의 지식과 야외에서 송사리의 생활사 및 물벼룩의 계절적인 밀도변화를 기초로 설정되어 있다. 화학물질 폭로 등 환경요인의 영향은 각 단계에 개별적으로 작용하지만, 종간 상호작용을 매개로 보톰-업적으로 상위에 파급되기 때문에 최종적인 생태리스크는 최상위종의 개체군 증가율 없이 전멸리스크로 평가한다.
해석할 수 있는 생태독성 데이터는 (1) 송사리의 치사효과, (2) 송사리의 번식장애, (3) 송사리의 성장장애, (4) 송사리의 치사효과, (5) 물벼룩의 번식장애, (6) 조류의 성장장애이다. 이것은 경제협력개발기구가 정하고 있는 수생생물의 생태독성 시험 테스트 가이드라인을 거의 망라하고 있으며, 어떤 독성 데이터라도 입력할 수 있다.
(그림 1) 화학물질 관리 이노베이션 프로그램에서 프로젝트 “화학물질 등의 생태리스크 평가, 관리수법엥 관한 연구”의 개요
(그림 2) 송사리 생활에서 화학물질에 의한 번식장애와 성비의 교란
(그림 3) 성비 반응모델의 개념도
키워드 : 생태리스크, 화학물질, 내분비교란물질
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.nies.go.jp/kanko/news/31/31-4/31-4-02.html 연도: 2012-11-15
제공:kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2012.12.11 21:14
<저작권자 © 자닮, 무단 전재 및 재배포 금지>
#kisti
