해면 양식

Aquaculture of sea sponges

해면양식(海面양식)은 통제된 조건에서 해면체를 양식하는 과정이다. 그것은 수세기 동안 세계 해양에서 많은 양식 기술을 사용하여 수행되어 왔다. 빛, 염도, pH, 용존산소, 해면체 성장률에 영향을 미치는 노폐물 축적 등 여러 요인이 있다. 바다 스펀지 양식업의 이점은 설립의 용이성, 최소한의 인프라 요건, 개발도상국에 거주하는 인구의 소득원으로 사용될 수 있는 잠재력 등의 결과로 실현된다. 해면은 목욕 스펀지로 사용하거나 특정 스펀지 종에서 발견되는 생물학적으로 활성 화합물을 추출하기 위해 상업적인 규모로 생산된다. 로프 및 메쉬백 방식과 같은 기법은 스펀지를 독립적으로 배양하거나 통합된 다영역 양식 시스템 설정 내에서 배양하는 데 사용된다. 세계에서 재배되는 유일한 지속 가능한 해면 중 하나는 미크로네시아 지역에서 발생하는데, 이 양식된 종의 지속적인 지속가능성을 보장하고 유지하기 위해 많은 재배와 생산 방법이 사용되었다.

역사

8,000종 이상의 해면동물들이 해양과 민물 서식지에 살고 있다.[1] 스펀지 낚시는 역사적으로 중요하고 수익성이 좋은 산업으로 1913년부터 1938년까지 연간 어획량이 정기적으로 181톤을 넘고 100만 달러 이상을 벌어들였다. 그러나 이러한 해면류 수요는 어획량이 최고조에 달했고 2003년에는 목욕용 해면류 수요는 2,127톤으로, 수확으로 인한 전 세계 생산량은 그 양의 4분의 1에 불과했다.[2]

해면 양식업의 최적화를 위한 초기 양식 연구는 많은 농법을 사용했다.[3][4] 그러나 상업용 스펀지 양식업은 그들의 지속적인 수입이 위협을 받고 있다고 믿는 스펀지 어부의 심한 저항과 간섭을 받았다. 상업적인 스폰지 농부들의 반대로 시장 침투율이 낮았고, 양식 스폰지 제품의 소비자 채택이 저조했다.[3]

혜택들

상업적인 스펀지 양식업의 이점은 개발도상국에 살고 있는 사람들에게 명백하다.[5] 이들 국가에서 스펀지 양식업은 쉽고 수익성이 높은 사업으로, 야생주에 대한 수확 압력과 환경 피해를 최소화함으로써 지역 사회와 환경에 이익이 된다.[6]

심플

스폰지를 기르는 것은 간단한 과정이며 전문적인 지식이 거의 필요하지 않다. 게다가, 스폰지 양식업의 용이성은 온 가족이 생산 과정에 참여할 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 "가족 농장"이라는 전통적인 담론에 부합하는 수익성 있는 가족 사업을 만들어 해면 양식업의 채택 가능성을 높인다. 또한 해면농장은 가족주택과 가까운 곳에 위치하여 농장내 지속적인 출입과 감시, 개조, 작업 등이 가능한 것이 일반적이다.[6]

소득생성

해면 양식업은 또한 가족들에게 연중 지속적인 소득원을 제공하는데, 이것은 정규직으로, 또는 기존 소득을 보충하기 위한 아르바이트로 할 수 있다.[5]

사용하다

목욕 스펀지

지난 20년 동안 스펀지 양식업이 세계적인 목욕 스펀지 수요 증가에 기여할 수 있는 잠재력에 대한 관심이 다시 높아지고 있다. 목욕 스펀지는 오늘날 양식 해면의 가장 흔한 사용법이다. 목욕 스펀지는 콜라겐 단백질로 만들어진 스프링처럼 생긴 섬유질인 스펀지 섬유만을 가진 모든 스펀지 종으로 정의될 수 있다.[7]

목욕 스펀지의 상업적 용도는 화장품, 목욕 또는 산업적 용도에 이르기까지 다양하며, 스펀지 골격의 품질 분석을 기반으로 한 스펀지의 품질은 부드럽고, 내구성이 있으며, 탄력성이 높은 섬유는 가격이 가장 높다.[7]

생체활용

스펀지 내에서 공생 미생물에 의해 생성되는 2차 대사물의 존재는 그 성장과 생존을 강화시킨다.[8] 수천 개의 스펀지에서 파생된 2차 대사물이 성공적으로 스펀지에서 격리되었고, 많은 대사물들이 세포독성, 항염증, 항바이러스 활동과 같은 잠재적인 약효 성질을 가지고 있다.[8] 따라서 이들은 새로운 의약품을 생산하는 수단으로서 제약업계 내에서 상당한 잠재력을 가지고 있다.[8] 그러나 이러한 2차 대사물은 미량만 존재하는 경우가 많으며, 이러한 대사물을 화학적 합성이나 수식을 통해 화합물의 스케일 업에 따라 치료제로 사용하는 유일한 방법이 있다.[9]

월경 스펀지

그것이 여전히 틈새 시장의 일부인 반면, 몇몇 회사들은 작은 스펀지를 재사용 가능한 여성 위생 제품으로 생산하고 마케팅하기 시작했다. 이 제품들은 미국의 Sea[10] Pearls와 영국의 Jam Spoon이라는[11] 브랜드로 판매되고 있다. 이 스폰지는 탐폰과 거의 같은 방법으로 질에 삽입되지만, 가득 차면 버려지는 것이 아니라 제거, 세척, 재사용된다. 재사용 가능한 탐폰 대안의 장점은 비용 효율성과 폐기물 감축이다. (스펀지는 생분해되기 때문에 생리 스펀지의 흡착수명이 끝나도 퇴비가 가능하다.) 일부 여성들은 또한 전통적인 탐폰과 관련된 건강상의 위험에 대해 걱정하고 있으며 천연 물질을 사용하는 것이 더 건강하다고 느낀다. 알려진 독성 쇼크 증후군은 생리 스펀지 사용과 관련이 없지만, 해면은 모래, 그릿, 박테리아 등이 함유된 것으로 알려져 있어 독성 쇼크 증후군의 가능성을 반드시 고려해야 한다. 스펀지는 대부분의 탐폰보다 월경 흐름을 흡수하는 능력이 더 크다. 하지만 적어도 8시간마다 교체해야 한다.[citation needed]

스펀지 성장에 영향을 미치는 요인

염도, pH, 온도 및 빛

해면은 35ppt(해수의 염도)의 염도로 배양해야 한다. 스펀지를 둘러싸고 있는 즉각적인 환경의 초염도(고염도)는 스펀지 세포를 탈수시키는 반면, 저염도(저염도) 환경은 스펀지의 세포 내 환경을 희석시킨다. 스폰지 생산이 극대화되려면 물의 pH가 해수 pH(pH 7.8–8.4)와 일치해야 한다. 해면은 온도에 민감하며, 주변 온도의 극심한 변동은 해면체의 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 고온은 스펀지 문화에 충돌로 이어진다. 보통 해면체에 서식하는 공생균은 물의 주변 온도가 몇 도 상승하면 지속 불가능한 속도로 번식하기 시작한다. 그리고 나서 이 박테리아는 스폰지 세포와 조직을 공격하고 파괴한다. 스폰지는 원래 분리되었던 지역의 주변 수온보다 약간 낮은 수온에서 배양되어야 한다고 제안되었다.[12]

광합성 내시엽은 많은 열대 해면에 서식하며, 이것들은 생존하기 위해 빛을 필요로 한다. 그 결과 어떤 스펀지는 그들의 영양적 욕구를 충족시키기 위해 빛의 가용성과 강도에 의존한다.[13] 그러나 어떤 종에서는 자외선에 민감하기 때문에 빛이 성장 억제로 이어질 수도 있다.[13] 스펀지가 광합성 박테리아와 연관되었을 때를 제외하고, 최적의 바다 스펀지 성장은 어두운 조건에서 발생한다.[13]

용존산소

용존 산소는 대수층을 통해 흡수된다. 해면체의 산소는 0.2–0.25 µmol Oh2−1/cm의3 스펀지 부피에서 소비된다. [12] 실험실 조건에서 유지되는 데모스포네스는 용해된 산소에 대한 적응성을 반영할 수 있는 저산소 조건도 짧은 기간 동안 견딜 수 있다.[14]

폐기물 제거

폐쇄 배양 시스템에서 일부 종류의 스펀지는 빠르게 축적되어 추가적인 스펀지 성장을 억제할 수 있는 생체 활성 및 세포독성 대사물을 생성할 수 있다.[13] 그러나 바이오필터는 스펀지에서 배출되는 2차 대사물을 제거하는데 효과가 없을 가능성이 높다. 생체 분자가 흡착제에 달라붙는 흡착 방법은 이러한 화합물을 제거하는 효과적인 방법이 될 가능성이 높다.[13]

질병.

목욕 스펀지 질병은 야생 스펀지와 양식 스펀지 개체군을 모두 파괴할 수 있는 잠재력을 가지고 있어 종종 심각하다. 질병 발병을 일으키는 근본적인 요인은 바이러스, 곰팡이, 시아노박테리아, 박테리아 변종과 같은 원인 물질 때문일 수 있다.[7][15][16]

부지선택

바다 스펀지 양식장소를 선택할 때는 양식 스펀지 종의 성장과 생존을 촉진하는 요소를 고려해야 한다. 스펀지는 박테리아나 미세조류 같은 먹이를 제공하기 위해 수동적인 물의 흐름에 크게 의존하기 때문에 좋은 물의 흐름은 스펀지의 성장과 질을 높인다.[17] 정상 수류율보다 높을 경우 양식된 스폰지를 손상시킬 수 있다.[17] 바다 스펀지 농장을 위한 이상적인 장소는 보호구역이지만, 스폰지 성장을 최적화하기 위해 충분한 물 흐름과 식량을 공급받을 수 있는 지역에 있을 것이다.[7]

재배방법

탐험의 사용

스펀지 또는 대사물 생산을 위한 스펀지 양식은 해면체를 배양하는 수단으로 탐험물(부모 스펀지의 조각을 잘라 완전한 스펀지로 재탄생시키는 것)을 이용하여 만능 스펀지 세포의 높은 재생 능력을 이용한다.[17][18] 스펀지는 유전자가 아닌 환경적 제약을 통해 최대 성장이 결정되는 등 불확실한 성장을 한다. 농장이 처음 설립되는 동안, 스펀지 탐험가는 빠른 성장과 고품질 스펀지인 또는 대사물의 표현 특성에 의해 선택될 것이다.

통합 다영역 양식업

지난 10년 동안 집중적인 해양 양식업이 상당히 증가하여 환경에 상당한 악영향을 끼쳤다.[19] 불안정한 사료와 양식종에서 나오는 배설물로 인해 많은 양의 유기물이 배출되어 해안가 해역 내에서 높은 수준의 영양분을 초래했다. 이발관, 연어, 새우 등에서 배출되는 질소(~75%)는 해안 환경으로 유입돼 녹조 발생 가능성이 있고, 물에 녹아있는 산소를 줄일 수 있다.

통합 양식 시스템은 먹이 사슬의 영양 수준 다른 여러 종으로 구성되어 있다. 따라서 물고기와 새우 같은 폐기물 발생(식생생물)은 물기둥에서 과잉 영양 물질을 제거하는 메커니즘으로 전복, 해면 또는 성게와 같은 추출물과 결합된다. 해면은 병원성 박테리아와 유기물질을 모두 제거하는 생물중재기 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 있기 때문에 통합 다영양식 시스템에서 추출물 유기체로서 뚜렷한 장점을 가지고 있다.[19] 스펀지 히메니아키돈 펄레비스는 통합 양식 조건에서 바닷물에서 총유기탄소(TOC)를 제거하는 탁월한 능력을 보여주었으며, [19]수질오염이 높은 지역의 양식 시스템에 잠재적으로 유용한 생물 매개 도구가 될 수 있다. 게다가, 근처에서 양식된 어류로부터 유래된 유기농 농축은 스폰지 성장을 자극하여 더 효율적인 해면 양식업을 야기할 수 있다.[6]

목욕스펀지양식

많은 상업용 바다 스펀지 양식장은 양식장을 깊은 수심(>5m)에 배치해 재배가 가능한 스펀지 탐험의 수를 극대화하고 생산성을 높인다.[7] 목욕 스펀지 양식에는 두 가지 주요 방법이 밧줄이나 메쉬 백 안에서 자란 스펀지들로 채워져 있다.

로프 방식

로프 위에서 '스레딩'을 할 때 탐사선에 회복할 수 없는 손상이 발생하기 때문에 로프에서 양식되는 해면의 생존율은 일반적으로 낮다.[7][20] 게다가, 줄에 양식된 스펀지는 물의 흐름이 현저하게 증가함에 따라 폭풍우 때 밧줄에서 떼어낼 수도 있고, 밧줄에서 떨어져서 시장성이 낮고 독특한 도넛 모양의 스펀지를 형성할 수도 있다. 스펀지 성장과 건강의 차이는 재생 능력의 변화, 절단 후 감염에 대한 민감성, 단단함 및 성장 잠재성의 변화에 의해 특징지어지는 종 내에서 발생한다.[7]

메쉬백법

메쉬 백을 통해 배양된 해면의 일부 종에서 낮은 수준의 손상은 더 높은 수준의 생존으로 이어질 수 있다. 자루 위의 그물 가닥이 물 흐름을 감소시켜 식량 가용성이 제한될 수 있기 때문에 성장률이 감소할 수 있다.[21] 메쉬에 브라이오조류, 아스키도인, 해조류 등의 바이오풀링제가 축적되면 물흐름이 더욱 제한될 수 있다. 간격이 큰 얇은 망사 가닥과 잘 배치된 부위는 바이오풀링 및 유량 감소에 대한 완화 수단으로 작용할 수 있다.[7]

방법의 조합

로프와 메쉬백 접근방식을 모두 "간병 기간"에 목욕 스펀지 양식장에 결합하면 품질과 생산 면에서 증가가 발생할 수 있다. 보육기법에서는 초기에 그물주머니에서 해면체를 배양하여 탐사가 치유되고 재생되어 물을 효율적으로 여과할 수 있다. 재생된 탐사선들은 로프로 옮겨져 수확까지 최적의 성장을 촉진한다. 이 전략은 노동집약적이고 비용이 많이 들며, 성장률과 생존율은 메쉬백 방식으로만 농사를 지을 때보다 크지 않은 것으로 밝혀졌다.[7]

목욕 스펀지를 재배하기 위한 보다 경제적으로 실행 가능한 방법은 적절한 물 흐름과 영양분 절제를 위해 스펀지가 성장함에 따라 스펀지를 더 큰 메쉬 백으로 옮기는 것이다.[7]

미크로네시아에서 목욕 스펀지 양식생산

목욕 스펀지는 현재 약 1만2000개의 스펀지를 생산한 스펀지 코스시노데르마 매슈시를 이용해 생산되고 있으며, 미크로네시아 주 폰페이에서 주민과 관광객들에게 현지에서 판매되고 있다. 이 해면은 세계에서 유일하게 지속 가능한 양식 해면 중 하나이다.[5] 해면은 로프 방식으로 양식해 농기구나 정비장비에 수천 달러의 저렴한 투자비로 가공 과정에서 가혹한 화학물질이 첨가되지 않은 100% 천연 해면을 생산한다.[22]

C. 매튜시 스펀지의 양식생산은 돈을 벌 수 있는 옵션이 거의 없는 지역 주민을 위한 지속가능한 소득 창출을 위해 포니페이의 해양환경연구소(MERIP)가 맡았다. 이 해면은 수확 가능한 크기에 도달하는데 약 2년이 걸리며, 무료 잠수부들이 수작업으로 해초와 바이오풀링제를 정기적으로 제거한다. 이 스폰지들은 자연적인 과정을 거쳐 가공되는데, 그 과정에서 공기가 건조되도록 방치한 뒤 바구니에 담아 다시 자라난 석호로 돌아온다. 이 과정은 최종 목욕 스펀지 제품을 남겨두고 스펀지 안에 있는 모든 유기물을 제거한다. 스펀지를 부드럽게 하여 추가 가공이 이루어지지만 표백제, 산, 착색제는 사용하지 않는다.[5]

생체활성스펀지양식

생물 활성 대사물용 해면체 재배 연구는 지중해, 인도-태평양, 남태평양 지역에서 이루어진다. 주요 목표는 생화학 생산 방법, 양식 공정 및 환경 조건을 최적화하여 생산량을 극대화하는 것이다.

새로운 방법

바이오액티브용 양식업에서는 최종 탐색형상이 관심사가 아니어서 추가 생산방식이 활용될 수 있다. 새로운 생체 활성 재배 방법으로는 물기둥을 이용해 메쉬 튜브를 교차 포켓에 넣고 수직으로 거는 '메쉬 배열법'이 있다.[7][23]

스펀지 2차 대사물을 수년간 반복적으로 수확할 수 있어 양식 생물활성제에 필요한 스펀지 수가 감소해 필요한 비용과 인프라가 감소한다. 대사물 생산을 위해 선택된 몇 개의 스펀지는 대상 대사물이 생산과 이윤을 최적화하기 위해 높은 생산률을 가질 것이다.[7]

2차 대사물 생산에 영향을 미치는 요인

여러 요인이 스펀지 대사물 생산에 영향을 미치며, 대사물 농도는 인접한 탐험가들 사이에서 크게 변화한다. 광도와 생물-불링의 국부적 차이는 해면체의 대사물 생합성에 유의미한 영향을 미치는 것으로 밝혀진 물리적 및 생물학적 요인이다.[24] 환경적 요인의 변화는 미생물 집단을 변화시킬 수 있고 그 후에 대사물의 생합성에 영향을 미칠 수 있다.

대사물 생합성률이나 대사물의 생태학적 역할에 영향을 미치는 환경적 요인을 이해하는 것은 대사물 생산과 총 수율을 극대화하기 위한 경쟁 우위로 사용될 수 있다. 예를 들어, 2차 대상 대사물의 생태학적 역할이 포식자를 억제하는 것이었다면, 수확하기 전에 스펀지를 다쳐서 포식하는 것을 흉내내는 것은 대사물 생산을 극대화하는 효율적인 기법일 수 있다.[24]

대사물을 생산하는 일부 스펀지는 매우 빠르게 성장하며, 현재 화학적으로 합성할 수 없는 생물작용제를 생산하는 데 있어 농사가 가능한 대안이 될 수 있음을 시사한다. 생물작용제용 스펀지농사는 부가가치가 높은 특성 때문에 수익성이 더 높지만, 대사물 추출과 정화와 관련된 높은 비용 등 목욕 스펀지를 양식할 때 발생하지 않는 여러 가지 어려움이 있다.[7]

참조

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