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ISSN : 1226-9999(Print)
ISSN : 2287-7851(Online)
Korean J. Environ. Biol. Vol.37 No.4 pp.625-639
DOI : https://doi.org/10.11626/KJEB.2019.37.4.625

The effects of microplastics on marine ecosystem and future research directions

Kanghee Kim1,2, Junghye Hwang1, Jin Soo Choi1, Yunwi Heo1, June-Woo Park1,2,*
1Gyeongnam Department of Environmental Toxicology and Chemistry, Korea Institute of Toxicology, Jinju 52384, Republic of Korea
2Human and Environmental Toxicology Program, Korea University of Science and Technology (UST), Daejeon 34114, Republic of Korea
Corresponding author June-Woo Park Tel. 055-750-3833 E-mail. jwpark@kitox.re.kr
24/09/2019 31/10/2019 28/11/2019

Abstract


Microplastics are one of the substances threatening the marine ecosystem. Here, we summarize the status of research on the effect of microplastics on marine life and suggest future research directions. Microplastics are synthetic polymeric compounds smaller than 5 mm and these materials released into the environment are not only physically small but do not decompose over time. Thus, they accumulate extensively on land, from the coast to the sea, and from the surface to the deep sea. Microplastic can be ingested and accumulated in marine life. Furthermore, the elution of chemicals added to plastic represents another risk. Microplastics accumulated in the ocean affect the growth, development, behavior, reproduction, and death of marine life. However, the properties of microplastics vary widely in size, material, shape, and other aspects and toxicity tests conducted on several properties of microplastics cannot represent the hazards of all other microplastics. It is necessary to evaluate the risks according to the types of microplastic, but due to their variety and the lack of uniformity in research results, it is difficult to compare and analyze the results of previous studies. Therefore, it is necessary to derive a standard test method to estimate the biological risk from different types of microplastics. In addition, while most of the previous studies were conducted mostly on spheres for the convenience of the experiments, they do not properly reflect the reality that fibers and fragments are the main forms of microplastics in the marine environment and in fish and shellfish. Furthermore, studies have been conducted on additives and POPs (persistent organic pollutants) in plastics, but little is known about their toxic effects on the body. The effects of microplastics on the marine ecosystems and humans could be identified in more detail if standard testing methods are developed, microplastics in the form of fibers and fragments rather than spheres are tested, and additives and POPs are analyzed. These investigations will allow us to identify the impact of microplastics on marine ecosystems and humans in more detail.


microplastic , marine ecosystem , toxicity , biohazards

미세플라스틱의 해양 생태계에 대한 영향과 향후 연구 방향

김 강희1,2, 황 정혜1, 최 진수1, 허 윤위1, 박 준우1,2,*
1안전성평가연구소 경남환경독성본부 환경생물연구그룹
2과학기술연합대학원대학교 인체및환경독성학

초록

    Ministry of Oceans and Fisheries
    20150248

    서 론

    플라스틱은 생산 비용이 낮고 가소성이 높아 산업적 활 용도가 무한에 가까우며, 자연적으로 분해가 잘 되지 않는 다는 점이 가장 큰 특징이다. 시간이 지날수록 물리적인 마 모나 풍화, UV, 온도 변화 등에 의해 눈에 보이지 않는 작은 조각으로 분해된다 (Andrady 2011). 2004년, 영국의 Thompson 박사는 해양 환경에서 현미경으로만 관찰이 가능한 플 라스틱 조각이 증가하고 있음을 보고했으며 (Thompson et al. 2004), 이 보고를 기점으로 “미세플라스틱”이 주목을 받 기 시작했다 (Arthur et al. 2009). 또한 미세플라스틱보다 더 작은 초미세플라스틱 (나노플라스틱)도 환경에 존재한 다. 다만 초미세플라스틱에 대한 정의를 1,000 nm 이하와 100 nm 이하 중 어떤 것을 선택할 것인가에 대해 여전히 논쟁 중이다 (Cole and Galloway 2015;Koelmans et al. 2015;da Costa et al. 2016;Crawford and Quinn 2017;Didier et al. 2017).

    미세플라스틱은 크기가 작아 수중의 금속, 폴리염화비페 닐, 기타 유독 물질과 화학적 친화도가 높다 (Talsness et al. 2009). 미세플라스틱을 해양 생물이 먹이로 오인하여 섭취 함으로써 먹이사슬을 통해 최종적으로 사람에게 도달할 수 있기 때문에 이에 대한 관심이 높아졌다 (Li et al. 2018). 해산물은 인류 단백질 공급의 약 5분의 1을 차지하는 중요 한 식량 자원으로 (World Wildlife Fund: “Unsustainable fishing”, 2010), 해산물을 통해 전달된 미세플라스틱이 인간의 건강에 얼마나 영향을 끼치는지는 명확하지 않다 (Bouwmeester et al. 2015). 이와 같은 이유로 미세플라스틱이 신규 해양 오염물질로 급 부상하고 있다.

    미세플라스틱 고유의 물리화학적 특성으로 인한 생물 학적 유해성을 규명하려는 연구가 많다. 미세플라스틱은 크기가 작아 큰 플라스틱과 물리화학적 성질이 다를 수 있 기 때문이다. 더욱이 현재 인류가 생산하는 플라스틱의 종 류 또한 다양한 만큼, 미세플라스틱 역시 크기, 형태, 재질 등이 천차만별이다 (Lusher et al. 2013;Yu et al. 2016;Waite et al. 2018). 그러나 이들 물질이 생물 내부로 들어갔을 때 어떠한 독성 영향을 나타내는지 아직 완전히 밝혀지지 않 았다.

    본 논문을 통해 미세플라스틱에 대한 정의, 해양의 분포, 해양생물에 대한 유해성 등의 연구 현황을 분석하여 그 결 과를 보고하고, 향후 연구 방향에 대하여 제안하고자 한다.

    미세플라스틱의 분류와 분포

    미세플라스틱은 5 mm 이하의 작은 플라스틱 입자를 가 리키며 (Thompson et al. 2004), 기존의 플라스틱 쓰레기와 더불어 해양 환경과 생태계를 위협하고 있는 물질이다. 생 성 과정에 따라 1차 미세플라스틱 (primary microplastics) 과 2차 미세플라스틱 (secondary microplastics)으로 분류한 다. 1차 미세플라스틱은 치약, 세안제, 스크럽뿐만 아니라 공업용 연마제 등의 상품을 위해 처음부터 만들어진 것으 로 (Friot and Boucher 2017), 작은 크기로 인해 환경으로 유 입될 가능성이 있지만 하수처리장의 입자성 물질 여과로 대부분이 제거된다 (Carr et al. 2016;Murphy et al. 2016;Talvitie et al. 2017).

    날로 증가했던 1차 미세플라스틱을 이용한 제품의 생산 과 공급은 최근 감소세로 바뀌었다. 미세플라스틱 사용량 감축을 위한 각국의 노력 때문이다. 영국은 2018년 1월부 터 미세플라스틱이 포함된 화장품 및 퍼스널케어 제품의 제조금지를 시행했으며, 미국은 2015년 12월 ‘The Microbead- Free Water Act’법안을 제정하였다 (Kaufman 2016). 우리나라의 식품의약품안전처 또한 2017년에 「의약외품 품목허가·신고·심사 규정」일부를 개정하여 의약외품 중 ‘구중청량제’, ‘치약제’, ‘치아미백제’ 등 세정 목적의 제품에 첨가제로써 미세플라스틱의 사용을 제한하였다.

    2차 미세플라스틱은 환경에서 큰 플라스틱 제품이나 이 들의 파편에서 유래된 작은 알갱이를 지칭한다 (Cole et al. 2011). 환경에서 플라스틱의 단편화에 기여하는 기작들은 미생물에 의한 생분해, 야외에서 햇빛에 의한 광분해, 일반 적인 온도에서 느린 열산화분해, 고온의 환경에서 열분해, 물에 의한 가수분해 등이 있으며 (Andrady 2011), 이와 같 은 다양한 물리화학적 풍화 요인과 생물학적 영향은 플라 스틱 고유의 조직적 완전성을 떨어뜨린다 (Cole et al. 2011;Browne 2015). 특히 환경에서 발견되는 미세섬유의 상당 부분은 앞서 열거한 요인을 비롯하여 가정의 의류 세탁 과 정에서 생성된 것들이 하수도를 통해 유출되고 있는 것으 로 추정된다 (Browne et al. 2011).

    실제 자연환경에서 발견되는 미세플라스틱의 대부분은 2차 미세플라스틱이며, 특히 섬유가 가장 많은 비중을 차 지하고 있다 (Cole et al. 2014;Plastics Europe 2017;Wu et al. 2017). 영국해협에서 발견된 미세플라스틱은 2차 미세플라 스틱인 섬유가 61%이고 파편은 36%였으며, 1차 미세플라 스틱인 구형은 3%에 불과하였다 (Cole et al. 2014) (Fig. 1a). 아일랜드 대륙붕 퇴적물에서 확인된 미세플라스틱 역시 섬유가 85%, 파편이 15%였으며 (Lusher et al. 2017) (Fig. 1b), 북극해 역시 다르지 않았다 (Lusher et al. 2015) (Fig. 1c).

    폐기된 플라스틱의 풍화로 생성되는 2차 미세플라스틱 의 성분은 주로 polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinylchloride (PVC), polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (PET) 등이다 (Plastics Europe 2017;Wu et al. 2017). 이들은 지역에 따라 구성 성분에 차이가 있는데, 북극해에 서 발견된 플라스틱의 성상은 PET가 15%, polyamide (PA) 가 15%, PE가 5%, acrylic이 10%, polyvinyl chloride가 5%, cellulose가 30%였고, 미상의 물질이 20%였다 (Lusher et al. 2015) (Fig. 1d). 이에 비해 영국해협에서 검출되는 미세플 라스틱의 성분은 PA와 PP가 대부분이다 (Cole et al. 2014).

    해양에서 미세플라스틱은 해류를 통해 광범위하게 확산 되는데, 육지에서 가까울수록 미세플라스틱이 유입될 가능 성이 높다 (Disgorges et al. 2014; Law and Thompson 2014). 북반구 대도시의 해안가와 폐쇄 해역에서 이들의 축적도 가 매우 높으며 북대서양해안에서는 km 당 500~2,000개의 플라스틱이 검출되는데, 이는 지중해의 미세플라스틱 분포 밀도의 6배가 넘는 값이다 (Barnes et al. 2009). 북극해의 해 수면에서는 0~1.31개 m-3 (0.34±0.31)의 미세플라스틱 입 자가 발견되었고 해수면 아래에서는 이보다 많은 0~11.5 개 m-3 (2.68±2.95)의 미세플라스틱 입자가 있다 (Lusher et al. 2015). 심지어 대서양과 지중해의 수심 1,100~5,000 m 의 심해의 퇴적물에는 200~400개 m-2의 미세플라스틱이 존재한다 (Cauwenberghe et al. 2013).

    1950년부터 2015년까지 65년간 생산된 플라스틱은 약 83억 톤이며 폐기량은 63억 톤으로 추정되는데, 이들 폐 플 라스틱의 발생량은 시간에 따라 증가하고 있고, 이 추세가 지속될 경우 2050년까지 누적될 플라스틱 쓰레기는 330억 톤에 달할 것으로 예상된다 (Geyer et al. 2017). 현재 바다 로 유입되는 미세플라스틱은 연간 8,762톤으로 추정되며 (Sherrington et al. 2016), 버려지는 플라스틱의 증가 추세 를 고려하면 해양으로 유입되는 미세플라스틱의 양도 점 점 증가할 것으로 예상된다.

    미세플라스틱의 유해성

    1. 물리적 측면

    생물이 미세플라스틱을 먹이로 오인하여 섭식하는 과정 에서 위장관 조직의 찰과상과 세포의 괴사가 일어날 가능 성이 있다 (Wright et al. 2013). 연구가 거듭됨에 따라 점점 더 작은 미세플라스틱이 검출되고 있는데, 2015년에 해양 에서 확인된 가장 작은 미세플라스틱 섬유와 파편은 7 μm 와 13 μm였으며 (Enders et al. 2015), 2017년에 남중국해에 서식하는 동물플랑크톤에서 발견된 가장 작은 플라스틱 조각은 4 μm였다 (Sun et al. 2017). 아직 미세플라스틱보다 더 작은 초미세플라스틱이 환경에서 검출된 보고는 없지 만 이들 역시 생물과 생태계에 미치는 영향의 크기를 예측 하기 어렵다 (Bouwmeester et al. 2015; Jong et al. 2016; Ma et al. 2016;Chae and An 2017). 다만 미세플라스틱의 잠재 적 위험성이 해양의 생태계 먹이사슬을 통해 1차 소비자 부터 최종소비자까지 전달될 수 있다 (Thompson and Olse 2004;Cole et al. 2013;Akpan 2014).

    세계 여러 나라의 해산물에서 미세플라스틱이 발견되고 있는데, 뉴욕 주립대는 조사한 18종의 어류 모두에서 미세 플라스틱을 검출하였으며 (Akpan and Nsikan 2014; Grossman and Elizabeth 2015), 한국과 미국, 인도네시아 시장의 어패류에서 확인되는 미세플라스틱은 주로 섬유와 파편형 이 발견되고 있는 것으로 보고되고 있다 (Fig. 2) (Rochman et al. 2015;Cho et al. 2019). 다만 현재까지 미세플라스틱이 생물에 미치는 영향을 평가하기 위한 연구의 대부분은 구 형으로 수행되었는데 (Fig. 3B), 미세플라스틱은 입자성 물 질이기 때문에 형태에 따라 거동이 다를 수밖에 없어 기존 에 수행된 연구를 통해 환경에 미칠 잠재적 유해성을 추정 하기 어려운 실정이다 (Wang et al. 2008; Ispas et al. 2009; Tarantola et al. 2011; Cole et al. 2014).

    2. 화학적 측면

    미세플라스틱에 포함된 화학물질이 생물에 유해할 수 있 다. 플라스틱은 제조과정에서 필요에 따라 다양한 화학물 질이 혼합되는데, 플라스틱 첨가제는 기능성 첨가제 (안정 제, 대전방지제, 난연제, 가소제, 윤활제, 슬립제, 경화제, 발 포제, 살생물제 등), 착색제 (안료, 가용성 아조염료 등), 충 전제 (mica, talc, kaolin, clay, 탄산 칼슘, 황산 바륨), 보강재 (유리 섬유, 탄소 섬유)의 4가지 범주로 나눌 수 있다 (Hansen et al. 2013;Hahladakis et al. 2018). 반응성 유기 첨가제를 제외한 거의 대부분의 첨가제는 플라스틱 중합체에 화학적 으로 결합되지 않고 (Hahladakis et al. 2018), 플라스틱 제품 이 사용되거나 분해되는 과정에서 환경으로 용출될 가능성 이 있다 (Rochman et al. 2013). 프탈레이트 (phthalates) 와 비 스페놀 A (bisphenol A)는 수생 및 육상 환형동물, 연체 동 물, 갑각류, 곤충, 물고기 및 양서류에서 생식에 영향을 주며, 갑각류와 양서류의 발달을 저해하고 유전적 이상을 초래 한다 (Oehlmann et al. 2009). 이들 물질에 노출된 실험동물 에게 축적, 성장 및 생식력의 저하, 성호르몬 교란 등의 다양 한 생리적 영향이 발견되어 다양한 플라스틱 첨가제들이 사람에게 잠재적인 위험물질임이 증명되었다 (Talsness et al. 2009). 따라서 플라스틱 첨가제에 대한 규제 강화를 비 롯하여 대체물질의 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다

    미세플라스틱이 해수에 있는 유해물질을 생물체 내부로 운반하는 매개체의 역할을 할 가능성이 있다. 플라스틱은 잔류성 유기 오염물질 (POPs; persistent organic pollutants) 을 흡수하는 능력 또는 경향이 있으나, 이러한 작용이 어느 정도까지 일어날 수 있는지는 아직 명확하지 않다 (Hahladakis et al. 2018). 다만, PP 재질의 플라스틱 입자는 주변 해 수보다 10만 배에서 100만 배가량 높은 농도로 PCB (polychlorinated biphenyls) 및 DDE (dichloro-diphenyl-dichloroethylene) 를 축적할 수 있는 것으로 밝혀졌으며 (Mato et al. 2001), 이와 같은 이유로 인해 미세플라스틱이 PCB, DDE, bisphenol A (BPA), dichloro-diphenyl-trichloroethane (DDT), nonylphenols (NP) 등의 잔류성 유기 오염 물질을 생물에 게 운반하는 매개체로 주목받고 있다 (Mato et al. 2001; Teuten et al. 2009; Koelmans et al. 2013). Arenicola marina에게 오염 물질 (nonylphenol 및 phenanthrene)과 첨가제 (Triclosan 및 PBDE-47)가 포함된 미세플라스틱을 노출시켰을 때 병원성 박테리아 저항성과 침전물 처리 능력이 감소하 고 사망률과 산화 스트레스가 증가했다는 연구가 있지만 (Browne et al. 2013), 아직까지 실제 자연환경에서는 이에 대한 영향이 증명된 바가 없어 회의적인 시각을 가진 학자 도 있다. 생물체 내에 농축된 화학물질이 미세플라스틱에 흡착된 화학물질보다 농도가 높아서 오히려 미세플라스 틱이 생물에 축적된 독성물질을 제거하는 역할을 할 수 있 다는 주장도 있다 (Koelmans et al. 2016).

    3. 생물 유해성

    미세플라스틱의 생태독성영향을 평가하기 위한 유해성 평가 방법은 매우 다양한데, 시험 대상 해양 생물로는 플랑 크톤, 연체동물을 비롯한 무척추동물, 어류 등이 사용되고 있다. 지금까지 해양생물을 대상으로 수행된 독성평가 연 구들을 시험 조건에 따라 급성 212건과 만성 103건, 총 315 건으로 분류해 분석했다. 생물 위해성 평가에서 재질은 PS 와 PE에 대하여 주로 수행되었으며 (Fig. 3A), 형태는 대부 분 구형 (sphere) 미세플라스틱을 이용하였다 (Fig. 3B). 미 세플라스틱의 크기는 10 μm에서 100 μm 사이가 가장 많은 편이었다 (Fig. 3C).

    미세플라스틱의 생물 독성은 크기가 작아질수록 강하 게 나타났다. 10, 30, 90 μm 지름의 구형 PS 입자를 Mytilus edulis와 A. marina에게 노출시켰을 때, M. edulis는 10 μm 크 기의 입자만이 축적되었으며 A. marina는 10과 30 μm 크기 의 입자가 축적되었다 (Van Cauwenberghe et al. 2015). 또 한 Brachionus koreanus에게 0.05, 0.5, 6 μm의 구형 PS 입자 를 섭취시켰을 때, 성장률 감소, 생식력 감소, 수명 단축 및 생식 기간 연장의 영향이 크기 의존적으로 나타났으며, 6 μm 입자는 24시간 후에 배출되었으나 0.05 및 0.5 μm 입자 는 48시간까지도 잔존해 있었다 (Jeong et al. 2016).

    미세플라스틱의 독성 영향은 급성보다 만성 시험에서 많 이 나타났다. 급성 시험에서 많이 보는 치사율에서는 영향 이 나타난 경우가 거의 없었던 반면, 만성시험에서는 생물 종에 따라 다양한 독성 영향이 나타난다. Crassostrea gigas 에게 구형 PS 입자를 노출시켰을 때, 급성 시험에서는 먹이 활동과 성장에 대한 영향이 없었으나 (Cole et al. 2015), 만 성 시험에서 조류의 소비 및 흡수 효율의 증가, 난모세포 수 (-38%), 직경 (- 5%), 정자 속도 (-23%)의 현저한 감소 를 나타냈으며, 2세대의 D형-유생 생산과 유생 발달은 대 조구에 비해 각각 41%, 18%로 줄어들었다 (Sussarellu et al. 2016). D. japonicus에게 0.05, 0.5, 6 μm의 구형 PS 입자를 노 출시킨 경우, 96시간의 급성 시험에서 치사율의 유의한 차 이가 없었던 반면에 2세대 만성 독성 시험에서 번식력의 상당한 감소를 보였다 (Lee et al. 2013). 평가종말점의 경우 급성은 사망률, 생화학, 섭식 및 축적이 가장 많았지만, 만 성 시험에서는 생식과 조직학적 변화에 대한 종말점이 많 이 이용되었다 (Fig. 4). 해양 생물은 미세플라스틱에 만성 적으로 노출되는 현실을 감안하면 앞으로 급성보다는 만 성 시험에 더 많은 관심이 필요하다.

    반면에 미세플라스틱의 형태에 따른 전체적인 독성 반응 의 경향성은 찾기가 어렵다. 대부분의 연구가 구형 미세플 라스틱에 대하여 수행되어 구형 이외의 다른 형태의 플라 스틱에 대한 자료가 충분하지 못하며, 연구간 상이한 재질 과 크기, 생물을 이용하였기 때문에 서로 비교하기 힘들다. Cyprinodon variegatus에게 구형과 파편 형태의 PE 입자를 노출시켰을 때, 파편에 노출된 C. variegatus는 유영 행동 (총 이동 거리 및 최대 속도)이 저하되었다 (Choi et al. 2018). 두 형태의 미세플라스틱 모두 활성산소종 (Reactive Oxygen Species; ROS)을 발생시켰지만, 분자수준에서 ROS관련 전 사체 유전자 변화 및 세포내 효소활성도의 상대적 발현량 에 있어서는 서로 달라 어느 형태가 더 치명적이라고 확언 할 수 없었다 (Choi et al. 2018). 다만, Danio rerio에서 3가지 형상 (구형, 파편 및 섬유 형태)의 미세플라스틱을 노출시 켰을 때 섬유 (8.0 μg mg-1)>파편 (1.7 μg mg-1)>구형 (0.5 μg mg-1)의 순서로 장내 축적이 관찰되었다 (Qiao et al. 2019). 축적된 미세플라스틱은 장에서 점막 손상을 비롯하 여 투과성, 염증 및 대사 장애를 야기시켰으며, 섬유 형태의 미세플라스틱은 파편 및 구형보다 더 심각한 장 독성을 초 래하였다 (Qiao et al. 2019). 그러나 미세플라스틱 형태에 따 른 독성 반응의 경향성을 확립하기 위해서는 다른 생물에 대한 연구가 더 있어야 한다.

    또한, 미세플라스틱의 재질에 따른 독성 영향의 차이도 명확하지 않다. Ostrea edulis에게 polylactic acid (PLA)와 high density polyethylene (HDPE) 미세입자를 노출시켰을 때 재질에 따른 유의한 차이는 없었으며 (Green et al. 2016), Mytilus galloprovincialis에 대한 PE 및 PS 노출에서도 마찬가 지였다 (Avio et al. 2015). 다만 미세플라스틱의 재질이 매우 다양하기 때문에 재질에 따른 차이를 예단할 수 없으며, 같 은 모양과 크기에 재질만 다른 미세플라스틱을 같은 생물 종에 동일한 조건과 종말점으로 수행한 연구는 거의 없는 실정이다. 연구마다 생물종, 시험 조건 및 사용된 플라스틱 을 구성하고 있는 성분과 첨가제, 흡착된 물질, 크기, 모양 등의 특성이 상이하기 때문에 (Table 1), 이러한 특성이 독 성에 어떻게 영향을 미치는지 비교하는 것이 힘들다. 이는 여러 재질과 형태, 크기의 미세플라스틱이 다양한 생물 종 에 대한 영향의 유무를 우선 알아보려는 시험 목적 때문일 것이다. 미세플라스틱의 종류에 따른 독성의 차이를 알아 내기 위해서는, 동일한 생물 종과 평가종말점에 대하여 다 양한 미세플라스틱의 형태와 재질, 크기에 따른 독성 시험 의 표준화가 절실하다.

    독성시험 결과의 비교 분석에서 시험 조건의 동일성은 매우 중요하다. 현재의 시험 조건을 요약하면 미세플라스 틱은 입자성 물질이기 때문에 농도를 나타낼 때 질량 (mg L-1)이나 입자 수 (particles L-1)를 사용하는데 (Table 1), 논 문에 따라 어느 한 쪽만 기재한 경우가 많을 뿐만 아니라, 플라스틱의 비중이나 섬유의 지름 같은 정보를 기재하지 않은 문헌도 있다. 플라스틱의 비중과 섬유의 지름은 제조 사마다 공정이 서로 달라 범위가 넓다. 미세플라스틱의 위 해성평가를 위하여 종민감도분포 (SSD; species sensitivity distribution)를 분석하려는 경우 여러 연구 결과를 취합할 필요가 있는데, 자료에서 농도가 질량이나 입자수 어느 한 값으로만 기재되어 있다면 환산 작업이 필요하다. 그러나 미세플라스틱 특성의 다양성으로 인해 변환할 때 임의로 일반적인 값을 사용한다면 큰 오차를 가져올 수 있다.

    고 찰

    원양과 저서 생태계 내 모든 해양생물군이 미세플라스틱 을 섭식할 가능성이 있다 (Betts 2008; Thompson et al. 2009). 이들 생물들이 미세플라스틱을 실제로 섭식하는 과정을 현장에서 직접 관찰하는 것은 매우 어려우며 (Browne et al. 2008), 동물플랑크톤의 경우 미세플라스틱보다는 수온, 염 분, 탁도, Chl-a 농도와 더 밀접한 상관성을 나타내는 등 (Kang et al. 2018), 미세플라스틱의 생태계에 대한 영향은 아직까지 확실하지 않다. 때문에 해양 생태계에 대한 미세 플라스틱의 잠재적 유해성 파악을 위하여 다양한 연구가 수행되고 있다.

    미세플라스틱은 크기와 형태, 재질이 다양하기 때문에 독성 영향 또한 다르게 나타나며, 연구 또한 시험 조건이 천차만별이다. 미세플라스틱의 크기가 작아질수록, 급성 노출보다 만성 노출에서 독성 영향이 증가하는 경향은 기 존의 연구를 통해 유추할 수 있다. 그러나 형태와 재질에 따른 독성 영향에 대한 경향성은 생물종과 평가종말점, 미 세플라스틱 특성이 자료마다 서로 달라 직접 비교할 수 없 어 확실하게 단언하기 어렵다.

    따라서 미세플라스틱의 특징과 생물종, 종말점을 통일하 여 다른 연구라도 비교 분석할 수 있도록 표준시험법의 개 발이 필요하다. 독성평가에서 많이 이용되는 담수종인 D. rerio나 Daphnia magna처럼, T. japonicus나 Cyprinodon variegatus, M. edulis를 비롯한 해수종을 선정하여 시험기간, 노출 시작 단계 (시험생물 연령), 노출방법, 용액분석항목, 첨가 되는 분산제의 농도, 종말점 등을 표준화하여 미세플라스 틱의 특성에 대한 시험을 수행해야한다. 표준시험법의 개 발을 통해 시험 조건의 동일성이 확보되면 미세플라스틱 의 특성에 따른 독성 영향의 차이를 알아낼 수 있을 것이 다. 그리고 시험 물질에 대한 제원을 상세하게 기재할 필요 가 있다. 입자성 물질의 농도를 나타내는 기준인 질량과 농 도, 섬유의 길이와 지름, 비중과 같은 정보가 빠짐 없이 있 어야 서로 다른 조건으로 시험한 문헌 사이의 비교가 수월 하기 때문이다.

    또한, 해양환경에서 발견되는 미세플라스틱의 형태인 섬 유 및 파편에 대한 독성 영향 연구에 보다 집중해야한다. 미세플라스틱의 생물 위해성에 대한 많은 연구가 있으나, 실험의 편의에 의해 대부분 구형을 대상으로 이루어지고 있다. 이는 해양에서 발견되는 미세플라스틱의 대부분이 섬유나 파편 형태이며 (Cole et al. 2014;Plastics Europe 2017;Wu et al. 2017), 시장의 어패류에서 검출되는 미세플라스 틱 역시 다르지 않다는 현실 (Rochman et al. 2015;Cho et al. 2019)을 기존 연구가 반영하고 있지 못하다는 의미이 다. D. rerio에서 섬유>파편>구형 순으로 독성이 강하게 나타난 결과를 보았을 때, 구형 미세플라스틱에 대하여 수 행된 자료의 신뢰성을 의심할 수 밖에 없다.

    더불어 미세플라스틱 첨가제 및 흡착 유해물질로 인한 독성 영향의 여부에 대한 규명이 필요하다. 플라스틱에 들 어있는 첨가제와 흡착 가능한 유해 물질에 대한 연구는 있 으나, 미세플라스틱의 형태로 생물의 체내로 들어갔을 때 이들 물질이 용출되는 지에 대하여 알려진 바가 거의 없다. 플라스틱은 잔류성 유기 오염물질을 흡수하는 능력 또는 경향이 있으며 (Hahladakis et al. 2018), PP 재질의 플라스틱 입자는 주변 해수보다 10만 배에서 100만 배가량 높은 농 도로 PCB와 및 DDE를 축적할 수 있지만 (Mato et al. 2001), 이러한 미세플라스틱이 생물에 노출되었을 때 축적된 화 학물질이 체내에서 용출되는지는 밝혀지지 않았다. 오히려 생물에 축적되어있던 독성물질을 미세플라스틱이 흡수한 후 같이 배출되어, 결국 채네의 독성물질을 청소하는 역할 을 할 수 있다는 주장도 있는 만큼 (Koelmans et al. 2016), 보다 면밀한 연구가 요구된다.

    표준시험법의 개발, 구형보다 섬유와 파편 형태의 미세 플라스틱에 대하여, 그리고 첨가제와 흡착 유해물질에 대 한 연구가 진행된다면 해양 생태계 및 인간에 대한 미세플 라스틱의 영향을 보다 상세히 파악할 수 있을 것이다.

    적 요

    오늘날 해양 생태계를 위협하는 물질의 하나로 주목받 고 있는 미세플라스틱에 대하여 해양생물에 대한 유해성 등의 연구 현황을 종합하고 향후 연구 방향에 대하여 제안 하고자 한다. 미세플라스틱은 5 mm 이하의 합성 고분자화 합물로, 환경으로 배출된 이들 물질은 물리적으로 크기가 작을 뿐만 아니라 시간이 지남에 분해되지 않아 육지와 해 양의 연안부터 원양까지, 표층과 심해에도 광범위하게 축 적된다. 미세플라스틱은 해양 생물에게 섭식 및 축적될 수 있으며, 플라스틱에 첨가된 화학물질의 용출로 인한 위험 성도 존재한다. 해양에 축적된 미세플라스틱은 해양 생물 의 성장과 발달, 행동, 번식 및 사망 등에 영향을 끼친다. 다 만 미세플라스틱의 특성은 크기, 재질, 모양 등 매우 다양하 며, 몇가지 특성의 미세플라스틱으로 수행된 독성 시험이 다른 모든 미세플라스틱의 위해성을 대표할 수 없다. 때문 에 미세플라스틱의 유형에 따른 위해성의 경향을 확인할 필요가 있으나, 미세플라스틱의 다양성으로 인해 여러 연 구 결과에 통일성이 없어 비교 및 분석이 어렵다. 따라서 미세플라스틱의 유형에 따른 생물학적 위험을 추정하기 위해 표준시험법의 도출이 필요하다. 또한, 기존 연구의 대 부분은 실험의 편의에 의해 대부분 구형을 대상으로 이루 어지고있으나, 해양환경과 어패류에서 발견되는 미세플라 스틱의 형태는 섬유 및 파편이 주류인 현실을 제대로 반영 하고 있지 못하다. 더불어 플라스틱에 들어있는 첨가제 및 흡착 유해물질에 대한 연구는 있으나, 미세플라스틱의 형 태로 생물의 체내로 들어갔을 때의 독성영향에 대하여 알 려진 바는 거의 없다. 표준시험법의 개발, 구형보다 섬유와 파편 형태의 미세플라스틱에 대하여, 그리고 첨가제와 흡 착 유해물질에 대한 연구가 진행된다면 해양 생태계 및 인 간에 대한 미세플라스틱의 영향을 보다 상세히 파악할 수 있을 것이다.

    사 사

    본 논문은 해양수산부 해양수산환경기술개발사업의 “해 양미세플라스틱에 의한 환경위해성연구 (과제번호: 2015 0248)”의 지원으로 수행되었다.

    Figure

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    Polymer types and plastic shapes of microplastics detected in (A) the English Channel, (B) the Irish continental shelf sediment, and (C and D) the Arctic Ocean (Cole et al. 2014;Lusher et al. 2015, 2017).

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    Types of microplastics found in shellfish sold in Korea and fish sold in the United States and Indonesia (Rochman et al. 2015;Cho et al. 2019).

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    Percentage of toxicity data by (A) material, (B) shape and (C) size of microplastics.

    KJEB-37-4-625_F4.gif

    Type of endpoint in acute and chronic toxicity data.

    Table

    Research data on the toxic effects of microplastics

    Reference

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    Vol. 40 No. 4 (2022.12)

    Journal Abbreviation 'Korean J. Environ. Biol.'
    Frequency quarterly
    Doi Prefix 10.11626/KJEB.
    Year of Launching 1983
    Publisher Korean Society of Environmental Biology
    Indexed/Tracked/Covered By

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