조사 대상은 경기도 해양수산자원연구소 생태학습관 (경기도 양평군 용문면) 및 환경부 생물측정망 지점인 안성천1 (안성시 현수동, 안성교), 복하천1-1 (이천시 갈산동, 복하2교), 경안천5 (광주시 초월읍 무갑리, 서하교)를 선정하였고 (Fig. 1), 하천수 시료는 생물측정망 (2019~2021) 가을철 자료와 비교하고자 9~10월에 채취하여 분석하였다.

본 연구에서는 Mifish primer를 이용하여 경기도 해양수산자원연구소 생태학습관에서 임의로 선정한 20개 대상 어종 중에서 16개 종이 확인되어 80%가 검출 가능하였다 (Table 1). 이러한 검출율은 앞서 진행된 연구[9]의 90% 보다 낮았으며 몇 가지 원인을 고려할 수 있으나[16-18] eDNA를 추출하기 위해 사용된 kit의 차이 때문으로 추정된다. 이전 연구에서 어떤 종류의 kit가 사용되었는지 제시되지 않았지만 이번 연구에서는 하천 시료 eDNA 추출에 DNeasy PowerWater kit (PW)를 사용한 경우 3번 연속 메타바코딩 분석이 제대로 진행되지 않았지만 DNeasy Blood & Tissue kit (BT)를 이용한 경우에는 적절한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 생태학습관 시료에서 검출하지 못한 Tanakia koreensis (칼납자루) [9], Coreoperca herzi (꺽지) 는 다른 연구에서는 Mifish primer에 의해 검출되는 것으로 나타났고 [16] Koreocobitis rotundicaudata (새코미꾸리)는 경안천에서 Rhodeus notatus (떡납줄갱이)는 안성천과 복하천에서 각각 검출되었다. eDNA를 이용한 어류 군집연구에는 BT와 PW kit가 좋은 품질의 eDNA를 얻을 수 있어서 많이 사용되며 [19] DNA extraction kit가 eDNA 메타바코딩에 미치는 영향에 관한 연구에서도 BT kit와 phenol/chloroform extraction 방법을 함께 적용하여 가장 좋은 결과를 얻었으며[20], 이번 연구에서도 조건과 목적에 맞게 DNA extraction kit를 선택해야 한다는 것을 보여주었다[18].

eDNA를 이용한 본 연구와 전통적인 방법의 환경부 생물측정망 (2019~2021년)의 2차(가을철) 결과와 비교하였고 3년 중에서 한번이라도 관찰된 어류를 대상으로 하였다 (Table 2). 표에는 NCBI 유전자 서열분석에서 같은 유사도(%)의 국내 서식 어종이 2개 이상이 일치하면 모두 표시하였다. 예를 들어 Acheilognathus rhombeus/A. gracilis (납지리/가시납지리), Hemibarbus maculatus/Hemi-barbus labeo (알락누치/누치), Tridentiger obscurus/Tridentiger brevispinis (검정망둑/민물검정망둑), Acheilo-gnathus macropterus/A. chankaensis (큰납지리/가시납지리), Oryzias sinensis/Oryzias latipes (대륙송사리/송사리)등은 Mifish primer에 의해 증폭된 미토콘드리아 12SrRNA 유전자 염기서열로는 구분할 수 없기 때문에 속 (genus) 수준에서만 동정이 가능하였다. 이 가운데에서 검정망둑/민물검정망둑은 일부 성체를 제외하고는 분류학 적동정 형질 (taxonomic keys)이 명확하게 나타나지 않아 육안으로도 분류하기 매우 어려운 근연종이다. 2019 ~ 2021년 생물측정망에 따르면 3개 하천에서의 출현종 수는 안성천 12 ~ 14종, 복하천 8 ~ 11종, 경안천 12 ~ 16종으로 이번 연구의 eDNA 분석 방법을 통해 검출된 어종의 1/2 수준이었다. 안성천에서는 전통적인 방법으로 3과 (family) 16종 (species) 관찰되었으며 eDNA에서는 이 중에서 14종이 확인되었고 (14/16, 87.5%), 13종이 새롭게 검출되었다. 복하천의 경우, 생물측정망에서 4과 14종이 출현하였으며 12종이 eDNA 분석에서 공통적으로 동정되었고 (12/14, 85.7%) 10종의 새로운 어류 종이 검출되었다. 경안천에서는 전통적인 방법으로 2과 24종이 eDNA 분석으로는 11과 32종이 동정되었고 이 중에서 19종 (19/24, 79.2%)은 공통적으로 확인되었으며 13종이 새롭게 검출되어 기존 연구[10]의 35~45%에 비해서 월등히 높았다. 따라서 두 방법을 통해 안성천 29종, 복하천 25종, 경안천 37종으로 3개 하천에서 총 47종의 어류가 확인되었다 (Fig. 2). 이 가운데에서 Acheilognathus rhombeus (납지리), Carassius auratus (붕어), Cyprinus carpio (잉어), Micro-physogobio yaluensis (돌마자), Odontobutis interrupta (얼록동사리), Pseudogobio esocinus (모래무지), Pseudoras-bora parva (참붕어), Rhinogobius sp. (밀어), Zacco platypus (피라미)와 같은 7종은 3개 하천에서 두 방법 모두에서 관찰되었다. 또한 야행성으로 전통적인 방법으로 관찰하기 어렵다고 알려진 Anguilla japonica (뱀장어) [21]는 2개 하천에서, 또한 국내 수계에서 흔히 서식하는 1급수 지표 어종인 Rhynchocypris oxycephalus (버들치), Misgurnus anguillicaudatus (미꾸리), 대형 어종인 Channa argus (가물치)와 Silurus asotus (메기)는 3개 하천에서 eDNA 분석에서만 검출되었다.

생물측정망에 따르면 3개 하천 모두에서 Zacco platypus (피라미)가 점유율 39.7 ~ 52.4%로 절대적으로 많이 관찰되었고 eDNA 분석에서도 10.3 ~ 21.2%로 두 방법 모두에서 우점종의 하나로 나타났다. 안성천에서는 Pseudoras-bora parva (참붕어), Rhodeus uyekii (각시붕어), Rhodeus ocellatus (흰줄납줄개)가 상대적으로 많이 관찰되었고 eDNA에서는 Acheilognathus rhombeus (납지리), Carassius auratus (붕어), Pseudorasbora parva (참붕어)의 read 수가 피라미보다 많았다. 복하천에서는 Pseudogobio esocinus (모래무지)가 피라미의 뒤를 이었는데 eDNA에서는 Carassius auratus (붕어), Cyprinus carpio (잉어), Acheilognathus rhombeus (납지리) 등이 상대적으로 많았다. 경안천에서는 피라미 이외에 Pungtungia herzi (돌고기), Rhinogobius sp. (밀어), Rhodeus uyekii (각시붕어) 가 많이 관찰되었으며 eDNA에서는 Pseudorasbora parva (참붕어), Rhinogobius sp. (밀어) 등이 많이 확인되었다.

eDNA 분석에서 검출된 read 수와 생물측정망 자료를 이용해서 풍부도 (richness), 다양성 (Shannon diversity index) 지수를 산출하여 나타냈으며 생물측정망 자료는 3년 평균이다 (Table 3). 관찰된 개체수는 83~174로 차이가 크나 eDNA 메타바코딩에 의한 read 수는 63,057~68,145로 크지 않았다. eDNA 분석법에서 전통적인 방법에 비해 풍부도는 2배 이상, 다양성 지수는 1.507~1.901 vs 2.357~2.509로 더 크며 관찰된 총 개체수가 적은 복하천에서 두 방법의 차이가 가장 컸다. 다양성 지수는 풍부도와 균등도를 결합한 지수로 값이 클수록 다양성이 커진다는 것을 의미하며 두 방법이 차이가 나는 이유는 eDNA 분석법이 더 많은 수의 어류 종을 검출하기 때문이다. 균등도 지수는 군집 내 종 구성의 균일한 정도를 나타내는 지수이며 두 방법을 통해 얻은 결과는 안성천(0.748 vs 0.761)에서는 비슷하나 복하천(0.664 vs 0.752)과 경안천(0.731 vs 0.694)에서는 차이가 컸다. eDNA의 농도가 어류의 다양성 및 생체량과 양의 상관관계가 있다는 다수의 연구가 있으나[22] 부정적인 연구결과 또한 존재한다[23]. 이번 조사에서도 전통적인 방법에 따른 우점 어종 (39.7~52.4%) Zacco platypus (피라미)가 메타바코딩 read 수도 많았으나 (안성천: 10.3%, 복하천: 21.2%, 경안천: 19.3%), 안성천에서는 Carassius auratus (붕어, 16.9%)와 Pseudorasbora parva (참붕어, 12.0%)의 read 수가 더 많았고, 복하천에서는 Carassius auratus (붕어, 19.8%)와 Cyprinus carpio (잉어, 14.6%)가 비교적 많이 검출되었고, 경안천에서는 Pseudorasbora parva (참붕어, 21.6%)의 read 수 비율이 더 높았다. 따라서 전통적인 방법에 의한 개체수와 메타바코딩에 의한 read 수의 상관관계는 입증할 수 없었다. 다만 상대적인 비교[24]를 위해 반정량적 (semi-quantitative)으로 이용할 수 있으며 read 수의 상대적 비율을 이용하여 풍부한 (abundant) 종과 희귀한 (rare) 종을 구분하거나[5] 하천 생태계 보전을 위한 관리대책 수립에도 유용하게 사용될 수 있을 것이다[25]. 현재 국내 하천의 어류조사에서는 대부분 투망과 족대가 활용되고 있으며 이러한 전통적인 방법도 채집이나 동정 과정에서 발생할 수 있는 편차 (bias)로 인한 정량적 분석에는 한계가 있다[26]. 실제로 안성천, 복하천, 경안천의 어류 군집조사에서 채집된 개체수가 3년 동안 83~174로 많지 않기 때문에 개체수가 적은 희귀한 종의 경우에는 관찰하기 어려울 것으로 예상되며 동정에서도 오류가 발생할 가능성 또한 상존한다. 이러한 결과로 볼 때 eDNA를 적절하게 활용한다면 전통적인 방법에서 놓치는 어류를 현장에서의 짧은 채수시간 및 적은 시료량으로 분석이 가능하며, 79% 이상 같은 어종이 검출되어서 하천의 어류 군집 분석에 전통적인 방법과 함께 활용할 수 있을 것으로 판단된다.