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- 지난 20년간 플라스틱이 광합성 유기체 3,286종에 미치는 영향을 관찰한 연구 157건 평가
- 유기체는 미세 플라스틱에 노출되면 세포의 광계에서 빛을 수확하는 엽록소가 11~13% 감소
- 해양 생물의 최대 7%가 손실, 연간 약 105만~2,433만 톤의 해양 식량 생산이 감소
- 연간 약 3억 6,080만 톤의 작물 손실이 발생할 것으로 추산

미세 플라스틱은 광합성을 방해한다
플라스틱 오염으로 인해 1차 생산과 전 세계 수확량이 감소한다.

플라스틱 폐기물이 생계를 위협한다. 연구에 따르면, 어디에나 있는 미세 플라스틱은 광합성에 부정적인 영향을 미치고, 따라서 지구의 전체 1차 생산에도 부정적인 영향을 미친다. 보고서에 따르면, 옥수수, 밀, 쌀의 경우 이미 연간 약 10%의 작물 손실이 발생하고 있다. 유럽에서는 밀 하나만 해도 연간 3,600만 톤에 달하는 손실이 발생한다. 연구자들은 해초와 상위 수준의 해양 먹이 사슬도 영향을 받는다고 보고했다. 

▲ 미세 플라스틱 오염은 광합성을 저해하고, 결과적으로 식물의 성장을 방해한다. 이는 자연과 우리의 식량 공급에 영향을 미친다. pixabay

플라스틱 폐기물이 환경으로 유입되면 시간이 지남에 따라 작은 입자로 분해된다. 단지 몇몇 미생물만이 이 미세 플라스틱을 분해할 수 있다. 그러므로 미세 플라스틱은 자연과 생명체, 즉 우리를 포함하여 모든 생명체에 축적된다. 장기적으로 이는 파괴적인 결과를 초래할 수 있다. 크기가 불과 몇 마이크로미터에 불과한 가장 작은 플라스틱 입자도 신진대사와 다양한 장기 기능을 방해하기 때문에 건강에 해로울 것으로 의심된다.

플라스틱 폐기물은 식물에 어떤 영향을 미치는가?

최근 연구에 따르면 미세 플라스틱이 생물체의 광합성을 방해할 수도 있는 것으로 나타났다. 그러나 개별 연구가 종종 개별 지역이나 종만을 다루었기 때문에 플라스틱 입자가 식물과 다른 광 변환 장치의 성장을 어떻게 그리고 어느 정도 방해하는지 지금까지 불분명했다.

난징 대학의 루이지에 주(Ruijie Zhu)가 이끄는 팀은 이제 광합성의 잠재적 손상이 전세계적으로 어느 정도인지 결정했다. 이를 위해 연구진은 먼저 지난 20년간 플라스틱이 광합성 유기체 3,286종에 미치는 영향을 관찰한 연구 157건을 평가했다. 그들은 전 세계의 다양한 생물과 서식지에서 현재 발생하는 미세 플라스틱 오염을 평가했으며, 인공지능을 사용하여 이것이 생물체와 생태계의 생산성에 어떤 영향을 미치는지 확인했다.

미세플라스틱은 1차 생산을 감소시킨다

분석 결과, 미세 플라스틱이 광합성을 심각하게 방해하는 것으로 나타났으며, 특히 육상 식물뿐만 아니라 담수와 염수에 서식하는 조류에서도 그러한 것으로 나타났다. 주와 그의 동료들에 따르면, 이러한 유기체는 미세 플라스틱에 노출되면 세포의 광계*(photosystem)에서 빛을 수확하는 엽록소가 11~13% 감소한다. 그 결과, 식물과 조류는 광합성을 통해 생물량을 7~12% 정도 적게 얻고 그에 따라 성장 속도도 느려진다.

*광계(photosystem)는 광합성의 명반응에 필요한 빛에너지를 흡수해 들뜬상태(excited state)의 엽록소 분자를 만드는 반응중심 복합체

이는 광 변환기 자체에 영향을 미칠 뿐만 아니라 이러한 생태계의 먹이 사슬에서 식물성 식품에 의존하는 생물체에도 영향을 미친다. 예를 들어 바다에 있는 게, 홍합, 조류를 먹는 물고기 등이 이에 해당한다. 이러한 손실로 인해 해양 생물의 최대 7%가 손실된다. 연구팀은 어업과 양식업을 언급하며 "이로 인해 연간 약 105만~2,433만 톤의 해양 식량 생산이 감소할 것으로 추정된다"고 보고했다. 

유럽과 전 세계의 작물 손실

우리의 가장 중요한 주요 식품도 영향을 받는다. 쌀, 밀, 옥수수와 같은 곡물은 미세 플라스틱 오염으로 인해 잎의 엽록소가 덜 발달하여 더 나쁘게 자란다. 주와 그의 동료들은 "이러한 감소로 인해 연간 약 3억 6,080만 톤의 작물 손실이 발생할 것으로 추산된다"고 말했다. 전체적으로 손실은 현재 전 세계 수확량의 4~14%에 해당한다. 평균적으로 옥수수와 밀은 쌀보다 더 큰 영향을 받는다.

유럽의 경우 연구자들은 기본 곡물의 수확 손실량을 연간 1,700만 톤에서 거의 5,700만 톤으로 추정한다. 주 교수와 그의 팀은 "이 중 1,120만~3,680만 톤이 밀 손실"이라고 보고했다. 이는 전 세계 밀 손실량의 33%에 해당한다. 연구자들에 따르면, 이러한 "숨겨진" 작물 손실은 세계 식량 안보를 위협한다.

긴급 조치가 필요하다

"중요한 점은 이러한 부정적 영향이 식량 안보를 넘어 지구 건강에까지 확대될 수 있다는 것이다"고 연구팀은 경고했다. "광합성과 그에 따른 1차 생산은 우리의 식량 공급뿐만 아니라 핵심 생태적 기능의 기초를 형성한다.“
주와 그의 팀에 따르면, 이는 지구 플라스틱 오염에 맞서 싸우는 것이 인간과 자연 모두에게 얼마나 시급한지를 보여준다. 연구자들은 "이러한 결과는 플라스틱 통제를 글로벌 굶주림 퇴치 및 지속 가능성 이니셔티브에 통합하는 것이 시급하다는 점을 강조한다"고 기록했다.

주와 그의 동료들은 세계적인 플라스틱 오염에 대한 작은 조치만으로도 환경 속 미세 플라스틱을 13%까지 줄일 수 있다는 것을 발견했다. 광합성 생물의 경우 이를 통해 수확량이 다시 증가하고 현재 작물 손실이 약 30%까지 완화될 것이라고 연구팀은 보고했다.

플라스틱은 어떻게 작동하나요?

광합성 생물이 플라스틱 폐기물에 노출되면 엽록소가 줄어드는 이유는 아직 불분명하다. 그러나 주와 그의 동료들은 의심을 품는다. "미세 플라스틱 노출 후 옥수수 생산 감소는 미세 플라스틱으로 유도된 반응성 산소종을 제거하는 플라보노이드 형성에 기인할 수 있다." 이는 성장과 방어 대사 사이의 균형을 깨뜨려 옥수수 성장이 감소하게 된다." 이에 따르면, 광 변환 장치는 산화 스트레스와 플라스틱의 다른 결과로부터 자신을 방어하는 데 너무 바빠서 광합성을 소홀히 할 것이다.

그러나 이 연구에 참여하지 않은 전문가들은 일부 지역과 일부 종에 대한 데이터가 없고, 미세 플라스틱이라는 용어가 매우 광범위하기 때문에 계산과 예측은 큰 불확실성에 기반을 두고 있다고 강조했다. 입자 크기와 양, 식물 종에 따라, 불완전한 데이터를 바탕으로 한 연구에서 전 세계적으로 추정한 잠재력과 지역적으로 다른 그림이 나타날 수도 있다.

(Proceedings of the National Academy of Sciences, 2025; 

doi: 10.1073/pnas.2423957122)

출처: Proceedings of the National Academy of Sciences

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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