필라델피아 수자원 관리의 새로운 전환점, 담수 조개 프로젝트

“먹이 시간입니다.”

샤논 보일이 의자에서 일어나면서 현미경에서 시선을 돌아진다.

그녀는 지난 한 시간 동안 담수 조개 유생인 글로키디아를 세고 있었다.

각 유생은 모래알의 약 3분의 1 크기밖에 되지 않는 까다로운 작업이다.

수조 안에는 약 30개의 담수 조개가 있다.

여기에는 알웨이프 로터, 타이드워터 머켓, 이스턴 엘립티오, 이스턴 폰드머슬, 그리고 옐로우 램프머슬이 포함된다.

그들은 필터 급식자로, 스스로를 통해 입자가 흘러 들어오면서 물을 정화하는 역할을 한다.

야생에서 담수 조개는 질소, 인, 에스콜리 같은 병원균, 미세 플라스틱, 금속, 약물 및 개인 관리 제품 등 오염 물질을 섭취하면서 물을 청소한다.

현재 이 조개들은 필라델피아의 스쿠킬 강 동쪽 강변에 위치한 페어마운트 워터 웍스의 유리로 둘러싸인 실험실의 수조에서 살고 있다.

이곳은 이제 무료 박물관이자 환경 교육 센터로 일반 대중에게 개방되어 있다.

실험실 안과 도시 전역에서, 보일과 몇 명의 수생 생물학자들은 도시의 하천, 개천 및 운하의 원주율을 연구하고 있다.

목표는 원주율 담수 조개를 필라델피아의 수로, 특히 스쿠킬 강과 델라웨어 강에 되살려, 물을 청소하는 기술로서의 역할을 수행하는 것이다.

물은 단순한 식수뿐만 아니라 수영 가능한 물, 낚시 가능한 물로 만드는 것이 목표이다.

실험실의 보일은 필라델피아 수자원 관리부(PWD)의 환경 과학자로 일하고 있다.

이 연구로 인해 PWD는 미국에서 최초이자 유일한 수도 회사가 되었으며, 자사의 유역 내 하천을 위한 담수 조개를 이용해 청소하는 프로젝트를 시행하고 있다.

그들은 또한 조개를 번식하는 일을 하고 있다.

“우리는 미국에서 최초의, 그리고 현재로서는 유일한 시립 소유 및 운영 담수 조개 배양소를 보유하고 있습니다.”

이 프로젝트는 드렉셀 대학교의 자연 과학 아카데미, 델라웨어 하구의 파트너십, 그리고 워터 웍스와의 협력으로 발전하였다.

워싱턴 D.C.를 포함한 다른 도시들도 조개 프로젝트를 진행하고 있지만, 이들은 수도부에 의해 시행되는 것이 아니다.

PWD는 모든 것을 한 곳에서 진행하는 최초의 사례이다.

그들의 프로젝트는 필라델피아 하천을 정화하는 대규모 세 가지 구조물 프로젝트의 일환으로, 회색, 녹색 및 파란색 인프라로 나눌 수 있다.

회색 인프라는 처리 시설, 파이프 및 수송 시스템을 포함하고, 녹색 인프라는 식물성 사면 및 투과성 포장재처럼 빗물 유출을 늦추는 육상 기반 시스템을 포함한다.

그리고 파란색 인프라는 버틀러의 담수 조개 프로젝트이다.

조개 프로젝트는 PWD의 폭넓은 녹색 인프라 프로그램에 따라 시작되었다.

켈리 앤더슨, PWD의 유역 사무국 국장은 “우리는 이러한 생물들이 지역 수로에 제공할 수 있는 가치를 인식했습니다.”라고 말했다.

“땅에 집중한 이후에, 수중 생태계 서비스로 이동하는 것이 자연스러운 선택처럼 보였습니다.”

블루 인프라의 과학과 기술에 대한 투자도 매우 최첨단이다.

세계 경제 포럼은 올해 여름, PWD가 지난 10년 동안 해온 것과 같은 것을 전 세계 도시들이 하기를 호소했다.

즉, 콘크리트와 자연 중 하나를 선택하기 보다는, 녹색과 파란색 인프라를 활용하고 이를 회색 인프라와 통합하라는 것이다.

여기서 조개가 등장한다.

전 세계에는 300종 이상의 담수 조개가 있다.

이들은 종종 무시되며 과소평가되지만, 수생 생물학자들은 그들을 우리 강의 간 기능을 수행하는 ‘간’이라고 부른다.

한 개체의 성체 조개는 하루에 6~10갤런의 물을 여과할 수 있다.

“그들은 정말 작지만, 필터링 작업을 수행하는 근면한 일꾼입니다.”라고 버틀러는 말했다.

하지만 많은 조개 종들은 멸종 위기에 처해 있다.

담수 조개는 1900년대 초 버튼 산업의 규제 없는 수확, 수질 오염으로 인해 타격을 입었고, 댐의 보급으로 인해 많은 수가 소멸되었다.

조개는 사실상 지구에서 가장 멸종 위험에 처한 동물 중 하나이며, 세계에서 가장 위기에 처한 무척추 동물이다.

북미 토착 담수 조개 종의 70%가 위협받고 있으며, 2종 이상은 이미 멸종된 상태이다.

그러나 이들은 또한 강의 건강을 나타내는 자연 지표가 될 수 있다.

미국 어류 및 야생동물 서비스의 제스 존스는 “조개가 100만 개가 뭉쳐 있어 1천만 갤런의 물을 여과하게 된다면, 수조의 모든 입자를 제거하고 물 투명도를 높여 식물들이 광합성을 할 수 있게 해주게 됩니다.”라고 전했다.

“그것은 즉각적이고 극적인 결과입니다.”

수조에 건강한 설계가 뒷받침된다면, 조개는 내부에서 물을 흡수하여 소화 과정을 통해 영양분을 처리하게 된다.

말하자면 조개 침대는 강의 바닥에서 생화를 위한 중심지와 같으며, 조개가 있는 곳에는 물고기가 더 모여든다.

“건강한 환경에서는 조개가 물과 입자들을 내부로 흡입하게 되는데, 이 과정에서 식물들과 미생물들이 더 잘 자생합니다.”

Kreeger는 그들과 함께 3년 이상 필라델피아에서 생물학과 생태계 서비스를 연구해왔다.

담수조개를 필터링으로 사용하는 과학에 대한 연구는 의료용 철에 대한 정보가 있던 중반기에 시작되었다.

미국에는 여전히 24개 미만의 조개 배양장이 존재하고 있으며, 대부분은 멸종 위기종을 번식하는 데 중점을 두고 있다.

“조개 배양소가 없으면 수생 생물학자들은 필수품이 없으니 천천히 진행될 수밖에 없습니다.”

하지만 과학자들이 알아낸 바에 따르면, Kreeger가 수십 년간 강조해온 것이 바로 그것이다.

즉, 기초 종들인 조개들, 즉 멸종하지 않은 조개와 함께 강이 건전할 경우, 모든 종은 더욱 탄력성을 가지게 된다는 것이다.

“내가 필터링 작업을 하는 모든 생물 종을 고려할 때, 귀한 종이 아니어야 합니다.”

Kreeger의 중점은 이스턴 엘립티오와 알웨이프 로터로, 두 종 모두 필라델피아의 도시 수역에 자연적으로 존재하고, 둘 다 델라웨어 유역에서 건강한 삶을 살고 있다.

Kreeger는 “아이러니하게도, 모든 조개 침대가 필라델피아의 문턱에 존재합니다.”라고 덧붙였다.

“모두가 ‘도시 지역이구나, 가장 더러운 곳일 것이다.’라고 생각했습니다.”

Kreeger는 사실, 그 발견의 주인공인 것이다.

“나는 습지를 조사하며 더워서 보트 옆으로 잠수해서 물에 식혔고, 예상하지 못한 조개 침대를 발견했습니다.”

그 조개들은 트렌턴과 필라델피아 사이의 델라웨어강의 조간대에 생생하게 살고 있었다.

그녀가 그곳에 있는 조개를 보았다는 것은 그곳의 물이 얼마나 더 맑았는지를 의미했다.

그녀는 7개의 원주율 종을 발견했으며, 일부는 지역에서 멸종한 것으로 여겨지던 종들이다.

PWD는 Kreeger의 과학 연구뿐 아니라 도시 계획자, 엔지니어 및 모델러의 작업에도 투자했다.

이러한 보다 전체론적인 접근은 1996년 안전 음용수 법 개정안에서 비롯되었으며, 커뮤니티가 사용하는 수로로의 수자원 유입에 대한 보다 엄격한 조사가 요구되었다.

필라델피아 상부에는 약 10,000 평방 마일의 유역이 있으며, 40%는 스쿠킬에서, 60%는 델라웨어에서 들어온다.

“우리는 이 두 강의 가장 하단에 있습니다.”

앤더슨은“이런 이유로 수자원 관리는 유역의 최상단을 고려해야 합니다.”라고 말했다.

“유역을 관리하기 위해서는 실제로 유역 접근이 필요합니다.”

그리고 이것은 조개뿐만이 아니다.

“물고기는 조개의 생명 주기에서 가장 중요한 부분입니다.”라고 버틀러는 말했다.

물고기는 무의식적인 숙주와 같고, 조개는 초대받지 않은 손님처럼 존재한다.

여기서의 반전은, 조개가 저 멀리서 와서 초대하는 것이 아니라 완전히 새로운 전략을 사용하는 것이다.

비수영자인 조개는 독특한 번식 전략을 가진다.

수컷 조개는 자신의 정자를 물속으로 방출하는데, 만약 그 근처에 맞는 암컷 조개가 있다면 그녀는 이를 흡입하여 수정이 이루어진다.

수정이 성공적으로 이루어질 경우, 암컷 조개는 자신의 내부에서 유생인 글로키디아를 생성하게 된다.

조개의 생존율은 매우 낮은데, 단 10,000개 중 1개만이 성체로 성장할 수 있다.

따라서 생존을 극대화하기 위해, 암컷 조개는 숙주 물고기를 사용하여 글로키디아를 멀리 퍼뜨리도록 한다.

조개는 먹이를 유인하는 것처럼 착시를 일으키는 방법으로 물고기를 유인한다.

“양서류와 밤의 주요 피사체들 중 가장 복잡한 모방 중 하나”라고 존스가 전했다.

“진화의 과정을 통해서 조개는 미끼로 갑각류, 미세한 물고기, 심지어 벌레 모양으로 자신을 위장해 왔습니다.”

물고기가 미끼를 입에 쓸어 올리면 조개는 그 기회를 활용하여 자신의 글로키디아를 물고기의 아가미 속으로 방출하게 된다.

이 후 몇 주가 지나면 유생은 물고기의 몸에서 빠져나와 강 바닥으로 떨어진다.

그곳에서 적합한 환경에 떨어진 글로키디아는 성체로 성장하게 된다.

실험실에 있는 보일은 번식일 준비를 하고 있다.

이 날은 매 3~4주마다 열리는 날로, 오전 내내 그녀는 글로키디아를 세는 작업을 하느라 바쁘다.

재조정된 비강 내 시경기를 사용하여 보일은 암컷 조개를 열고, 그 안에 글로키디아가 있는지 본다.

글로키디아가 있다면 보일은 이를 빨아들여 유리 비커에 채취한 후, 이의 생존 여부를 테스트하고 접종을 진행한다.

한쪽 벽에는 버킷이 있는 접이식 테이블이 놓여 있다.

방문객들은 조개가 필라델피아의 물을 정화할 수 있는 미래의 멋진 관찰을 보며 지나간다.

각 버켓에는 약 2리터의 물과 10,000~14,000개의 글로키디아가 담겨 있다.

자원봉사자는 각 버킷에 6마리의 브룩 송어를 추가한다.

이후 접종 작업이 시작된다.

버틀러는 자원봉사자들이 물고기를 더 힘차게 숨쉬게 하기 위해 물을 흔들어야 한다고 지켜보며 시계를 두 번 쳐본다.

시계가 다가오자 한 자원봉사자가 물고기를 버킷에서 꺼내 magnifying 램프 아래로 가져간다.

“이제 아가미를 열어보고 글로키디아가 있는지 확인해 볼께요.”

“좋습니다. 두 번째와 세 번째 아가미는 괜찮은 것 같군요.”

첫 번째 아가미는 글로키디아가 별로 없으니, 그 물고기는 다시 버킷으로 돌아간다.

다시 아가미에서 글로키디아를 확인하기 위해 분주하게 움직인다.

“정확한 과학이기도 하지만 정확하지 않은 과학이기도 해요.”라고 버틀러가 웃으며 쪼개어 말한다.

접종 작업은 약 15분간 진행된다.

“우리는 요리책에서 레시피를 찾을 수 없어요.”라고 말하는 버틀러는 몇 번 실패했다고 회상했다.

“과도 접종하는 것은 피해야 합니다. 몇 달 전에 과도 접종을 시행했는데, 그로 인해 전체 배양 분이 손실되었습니다.”

“마지막으로 두 분이 더 시도하고 종료하죠.” 버틀러가 자원봉사자들에게 수필을 제안한다.

각 물고기에는 최대 500개의 글로키디아가 부착될 수 있다.

지난 해, 그들은 60마리의 하이브리드 스트라이프 배스에서 12,000개의 유아 조개를 얻었으며, 이는 각 물고기당 평균 200개에 해당한다.

접종이 끝나면 물고기는 실험실의 보관 탱크에 옮겨진다.

그곳에서 글로키디아가 아가미로부터 떨어져 필터 위에서 자라는 안전한 환경을 제공한다.

두 달 후, 이들은 약 2mm의 크기로 자라게 된다.

이후, 그들은 지역의 연못으로 옮겨지며, 그곳의 잠겨 보안장치 속에서 생활하고, 매년 분기별로 관찰된다.

번식이 끝나고 나면, 1.5년이 지나면 그들이 태그되어 하천에 방출된다.

버틀러는 스쿠킬 강에 3,000개의 담수 조개를 추가했으며 필라델피아 수로에서는 총 10,000개가 심어졌다.

그는 이제 만뉴웍 운하를 목표로 삼고 있으며, PWD가 2천만 달러 이상을 투자한 후 다시 흐르기 시작한 수로에서 작업하고 있다.

그는 15개의 조개 보호망에 약 1,200개의 조개를 양식하고 있다.

약 1년 후, 이 조개들은 라디오 태그가 부착되어, 다시 수조의 침전물에 심겨질 예정이다.

“과학적으로도, 이는 모두 매우 새로운 것입니다.”라고 버틀러는 자신이 구축하는 블루 인프라에 대해 말했다.

“이 과정은 단순하지 않으며, 단계별 프로토콜과 엄격한 준수를 필요로 합니다.”

“정확한 과정이지만, 우리가 지금 진행하고 있는 매우 흥미로운 과학입니다.”

또한 생태계에 이로운 점은 분명한 메리트이다.

이들 조개들은 물 비용을 절감하는 작업에도 기여할 수 있다.

“이 조수 습지, 조개 바닥, 수생 식물들은 생태계에 좋은 것에 그치지 않고, 한 번 설치되면 지속적으로 이러한 생태 서비스 덕분에 비용 절감도 가능해질 것입니다.”라고 Kreeger는 말했다.

버틀러의 필라델피아 수로에 있는 10,000개의 조개는 여전히 유아체이지만, 각각 하루에 평균 1~2갤런의 물을 여과하고 있다.

수백만개의 조개가 군집하는 경우, 그 효과는 막대할 것이다.

“그만큼 많은 물의 양이 여과될 것이라는 점을 생각해보세요.” 버틀러는 강조한다.

그러나 그들은 아직 목표에 도달하지 않았다.

수백만 개의 조개를 강에 투입하기 위해서는 실험실이 성장해야 하며, 블루 인프라 프로젝트를 환경적으로 적합한 기술로 인정받아야 한다.

“[우리는] 과학을 보여주고, 개선을 입증하며… 그리고 정책 입안자들에게 그 가치를 보여야 합니다.”라고 앤더슨은 덧붙인다.

그것은 프로젝트가 점차 수로 거슬러 올라가야 한다는 것을 의미한다.

그 모든 것의 핵심은 블루 인프라의 경제성이다.

Fish and Wildlife의 존스는 모두가 깨끗한 물이 있어야 수렵이나 기타 취미 자원이 있을 짐작하고, 물이 맑아지고 건강한 물고기가 많아지면 낚시가 향상된다고 말했다.

이것은 경제적인 이익을 얻을 수 있는 두 가지 촉매라는 것이다.

“수영 금지” 및 “낚시 금지” 경고판은 점점 잦아진다.

사람들이 이를 자주 보면, 해결 방안을 알고 싶어 한다고 고타. “따라서 필라델피아 수도부의 혁신적인 아이디어는 자연 여과 방식을 향상시켜 사람들이 물을 더 잘 사용할 수 있도록 하는 것입니다.”

PWD의 노력은 지난 25년에 걸쳐 수로와 하천의 가치를 인식할 수 있도록 사람들을 교육하는데 주력해왔다.

Kreeger가 다음으로 전파하고 싶어하는 메시지는 블루 인프라 프로젝트가 수용자에게 얼마나 비용을 세이브해 줄 수 있는지를 보여주는 것이다.

“우리는 조개가 이를 존재하기 위해 많은 양의 물을 여과해야 한다는 사실을 알고 있습니다.

따라서 이 조개가 많은 오염 입자를 제거할 것이라는 점에서 논란의 여지가 없습니다.”

그러나 그녀는 더 많은 데이터가 필요하며, 이 데이터 기반으로 조개를 현재의 상태에서 확장시킬 수 있어야 한다고 강조한다.

그녀의 초기 추정치는 조개와 스트림 변소, 수변 나무 및 관목이 EPA의 허가를 받기 위해 수생 생태계에서 오염 물질을 제거하는 과정을 비교했다.

변소는 질소가 제거되는 데 평균 200~250달러가 필요하다.

Kreeger의 추정치에 의하면, 조개는 단 15~30달러에 질소를 제거할 수 있다.

또한 Kyreeger의 추정결과 조개들이 10배 더 저렴한 가격에 질소를 대체하고 있다고 언급하였다.

그러나 그 모든 일을 수행하기 위해선 향후 계획이 여전히 미정이다.

PWD는 바트람 정원에 최첨단 담수 조개 교육 시설과 배양소를 구축하기 위해 노력하고 있다.

이곳은 필라델피아의 서남쪽에 위치한 50에이커의 공원으로 스쿠킬 강변에 있는 북미에서 가장 오래된 식물원이다.

“이것은 세계에서 최초의 그런 프로젝트가 될 수 있습니다.”라고 앤더슨은 말한다.

“하나의 장소에서 학생들과 이웃들 간의 상호작용을 통해 과학을 발견하는 방향을 목표로 하고 있습니다.”

바트람 정원과 델라웨어 하구의 파트너십과 함께, 버틀러의 실험실에서 얻은 개념 증명을 더욱 확대하고, 조개뿐만 아니라 생태계 전체를 집중하여 주목할 예정이다.

연간 50만 개의 조개를 생산하는 것이 목표이며, 주 전체의 다른 지역, 즉 수세나 하류로까지 생태서비스를 제공할 수 있는 조개까지도 목표로 삼고 있다.

하지만 전체 프로젝트는 어려움에 처해있다.

약 800만 달러를 모금했으나, 추가로 400만 달러가 더 필요하다.

그러나 연방 자금의 축소로 인해, 확보된 주 자금조차 사라질 위험에 처해 있다.

“전체 프로젝트가 위험에 처해 있습니다. 지금은 중단 상태입니다.”라고 앤더슨은 밝혔다.

실험실 안에서 버틀러는 긍정적인 태도를 잃지 않는다.

그들은 지금 글로키디아로 브룩 송어를 접종하고 있으며, 라지 마우스 배스와 함께 이스턴 폰드머슬의 번식 작업을 진행 중이다.

아직 연구 초기 단계에서, 버틀러는 요리책을 계속 작성하고 있다.

“올해는 프로토콜과 절차에 대한 것이었습니다.”

이는 현지 조개를 위한 추가적인 숙주 생물을 찾는 것도 포함된다.

숙주 생물이 많을수록 번식의 성공도 높아진다.

결과들은 그들이 올바른 방향으로 나아가고 있다는 것을 시사하고 있다: 브룩 송어는 이스턴 엘립티오의 우수한 대체 숙주 생물이며, 물고기마다 40개에서 80개의 유아 조개를 제공함을 알 수 있다.

하이브리드 스트라이프 배스는 알웨이프 로터, 자연에서 알려진 숙주들보다 더 많은 조개를 제공하는 우수한 대체 숙주로도 보입니다.

“우리의 작은 배양소에서의 노력이 성과를 보여주고 있습니다.” 라고 버틀러는 말했다.

“우리의 실험실 및 현장 연구를 통해, 우리는 이 독특한 유기체들이 제공하는 생태 서비스에 대한 훨씬 더 명확한 이해를 얻게 되었습니다.

이 조개들은 정말로 우리 시대의 탄광의 카나리아입니다.”

어쩌면 가까운 미래에 우리는 모두 그 혜택을 누리게 될 것이다.

이미지 출처：phillymag