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Overview of GOCI-II Atmospheric Correction Alogirthm and Its Calibration/Validation
No full textAtmospheric correction is a crucial process for retrieving ocean color information at the sea surface from top-of-atmosphere measurements. The Second Geostationary Ocean Color Imager (GOCI-II), the successor to GOCI, inherits its atmospheric correction algorithm with improvements, particularly for turbid waters, by incorporating additional 620 nm and 709 nm bands. To enhance accuracy, system vicarious calibration (SVC) gains are applied using remote-sensing reflectance data from VIIRS. The atmospheric correction results after SVC are validated against in-situ radiometric measurements from various cruises and the AERONET-OC dataset.1
Characterization of metal elements in deep-seabed polymetallic nodules: A multivariate statistical approach
No full textDeep-seabed polymetallic nodules have been recognized as a potential solution to the depletion of many metals that are produced by terrestrial minerals. Mineral resources obtained by deep-seabed mining vehicles significantly affect the economic viability of underwater mining activities. Therefore, an accurate prediction of the harvested mineral resources is significantly important. Probabilistic approach-based prediction, which enhances the accuracy of the economic evaluation, requires a statistical model of the variability of each metal element in the harvested polymetallic nodules. However, the probability distribution of the metal elements in the polymetallic nodules has rarely been studied thus far. A multivariate joint probability distribution must be adopted because the variabilities of these metal elements is correlated with each other. However, multivariate statistical approaches have not been actively studied owing to their highly sophisticated theories. The objective of this study was to establish a systematic framework for modeling a multivariate joint probability distribution of correlated random variables. A case study was performed to characterize the metal elements of the polymetallic nodules using the proposed approach.11Nsciescopu
Sesterterpenoids isolated from the marine sponge Coscinoderma bakusi
No full textTwelve neomanoalide derivatives (1–12) and two halisulfate derivatives (13 and 14), nine of which are un- precedented (4–9, 11, 12, and 14; coscilides A–H and halisulfate 11, respectively), were isolated from the sponge Coscinoderma bakusi. The previously unreported neomanoalide derivatives show distinct features in their 6,7- double bond geometry (4 and 9) or terpenoid moieties (5–8, 11, and 12) compared to the reported ones, as elucidated using NMR spectroscopy and HRMS analysis. Among these derivatives, compounds 11 and 12 contain terpenoid moieties that are rarely found in marine natural products. The isolated compounds showed low activity against hTRPA1, six pathogenic bacterial strains, 10 cancer cell lines, except in the case of 7, which exhibited activity against hTRPA1 (IC50, 34.5 μM) and Staphylococcus aureus (MIC, 32.0 μg/mL). The halisulfate derivative 14 inhibited NO production in LPS-activated RAW 246.7 macrophage by 45% at a concentration of 10.0 μM. Although no significant activity was observed for the compounds in this study, the compounds reported herein would contribute to the chemical diversity of marine sesterterpenoids.11Nsciescopu
-Spatiotemporal dynamics of nutrients and organic carbon in coastal seawater off Jeju Island: Effects of submarine groundwater discharge (SGD) and geomorphic settings
No full textWe investigated the role of submarine groundwater discharge (SGD) in supplying nutrients and organic carbon intwo distinct coastal settings (eastern and western) in Jeju Island, Korea. In Jeju, nutrients and organic carbonshowed strong correlations with salinity suggesting that SGD is a significant source in coastal waters. Althoughboth regions exhibited similar SGD rates and background concentrations in the outer bay seawater, the behaviorof nutrients and organic carbon was different between the eastern and the western parts. Notably, in the westernpart, inorganic nutrient concentrations in the inner bay seawater were depleted compared to conservativesalinity mixing due to the enhanced biological activity. In contrast, the eastern part showed no significantchanges in nutrient concentrations along the mixing line. The western part has larger water volume, deeperdepth, and longer residence time compared to the eastern part. Our results suggest that the behavior of nutrientsin the inner bay is significantly influenced by the hydrogeological factors. This study highlights the crucial role ofthe spatiotemporal dynamics of SGD and coastal settings in governing coastal biogeochemistry and ecosystems.11Nsciescopu
Power performance evaluation of a 1 MW tidal current energy converter system installed at Uldolmok Strait
No full textA tidal current energy converter generates electricity using a rotor with blades and a generator, harnessing the kinetic energy of tidal currents caused by tidal phenomena. Similar to a wind turbine, it drives a turbine using the flow of a working fluid. However, unlike wind turbines, whose power output is hard to predict, tidal current energy converters utilize the periodic flow of seawater, enabling consistent power generation and accurate long-term predictions. This study involved flow and integrated load analyses for the preliminary design of a 1 MW tidal current energy converter. A 3D Reynolds -averaged Navier-stokes (RANS) analysis was conducted to assess flow characteristics, employing The Shear Stress Transport (SST) turbulence model with tetrahedral and hexahedral computational grids. Additionally, integrated load analysis using Tidal Bladed examined the power performance and load characteristics of the 1 MW converter. A full-scale converter was installed in the Uldolmok Strait, and its power performance was evaluated. The power coefficients were determined to be 33% from numerical analysis and 29.2% from field tests.11Nsciescopuskc
해양환경내 감염성 바이러스 빅테이터 기반 진단, 치료 및 제어기술 개발을 위한 표준 실험서
No full text지구 생물의 80% 이상이 해양에 살고 있어서, 해양에서 새로운 감염병이 발생할 확률이 매우 높을 것으로 추정됩니다. 2009년 시작된 ‘타라 해양 프로젝트(Tara Ocean Project)’를 포함한 다양한 연구 결과에 의하면, 해양에는 20만여 종 이상의 해양바이러스가 존재하고 있고, 그 중 5,500여 종의 해양바이러스가 인수공통 후보 바이러스로 보고되었습니다. 또한 새로운 해양포유류의 감염병 보고, 해양에서 이머징(emerging) 바이러스의 출현 보고 등 해양바이러스에 대한 연구가 급격히 증가하고 있고, 이에 따른 위험성이 지속적으로 제기되고 있습니다. 육상 야생생물의 무분별한 유통과 유사하게 해양 포유류의 남획과 유통을 위한 불법 시장이 형성되고 있어, 해양 유래 야생생물을 통한 신종 감염병의 출현 가능성이 예상됩니다. 해양 바이러스에 관한 다양한 연구 결과가 축적되면서 최근 들어 감염성 해양바이러스 중간숙주 및 전파 경로가 다양화되고 있다는 보고가 증가하고 있으며, 이는 인간도 해양생물의 매개에 의해 해양바이러스에 감염될 수 있다는 것을 의미합니다.
전 세계적으로 포스트 팬데믹에 대비하기 위한 움직임이 매우 빠르게 진행되고 있습니다. 그 중 미국은 2021년 소위 아폴로 계획으로 명명된 미국 팬데믹 예방 전략(American Pandemic Preparedness, Apollo Plan)을 발표하고 10년간 653억 달러(약 92조원)를 투자해 백신 및 치료제 등의 의약품과 진단기기 개발, 감염병 감시 강화, 응급처치 개선, 보호장비 추가 등을 추진하기로 했습니다. 우리나라도 신종 인수공통감염병에 대비하기 위한 회의를 개최하고, 원헬스(One Health) 기반 선제적 탐색 기술, 고감도 휴대용 진단, 광범위한 감염병 치료제 개발, 백신 개발 등에 대해 논의하였습니다. 하지만 해양에서 발생하는 미래 팬데믹에 대한 논의는 전무한 상태이며, 늦었지만 지금이라도 범부처 학연산병의 전문가들이 모여 해양 매개 바이러스 감염병에 대한 국가적 관찰, 정보공유, 미래대응, 생태계 보존을 위한 국가적 대응전략을 수립해야 합니다. 현시점에서 기초연구단계에 머물러 있는 국내 해양바이러스 연구 상황에 비춰 볼 때 해양 감염성 바이러스에 대한 빅데이터 구축, 시각화, 데이터마이닝 기술 개발이 필요합니다. 또한 감염병의 조기경보를 위한 신속하고 정확한 진단기술 개발, 국민 건강 보호 및 사회/경제적 손실의 최소화를 위한 감염모델 개발, 항바이러스 치료제 개발 및 소재 발굴 기술 개발 연구도 필요합니다.
해양수산부가 지원하는 ‘빅데이터 기반 해양바이러스 제어 및 해양생물학 개발 사업’의 일환으로 한국해양과학기술원 소속 해양바이러스 연구단은 ‘빅데이터 기반 해양환경 감염성바이러스 진단·치료 및 제어 (해양수산부, 2021~2026년, 120억원)’ 연구과제를 도출하였습니다. 연구팀은 한림대학교, ㈜노블젠, 성균관대학교, 부경대학교, ㈜시스코어, ㈜한국 연안환경생태 연구소와 협력하여 해양바이러스 빅데이터 구축 및 데이터마이닝 기술 개발, 핵산/항체 기반 감염성바이러스 진단기술 개발, 감염성바이러스 감염모델 개발, 항바이러스 전략소재 발굴, 광범위 항바이러스 치료제 개발 등을 연구하고 있습니다. 전체 3단계(2021-2026)의 연구 기간 중 2단계(2021-2024) 연구가 수행되었으며, 국내 최초로 감염성 해양바이러스 분석기술을 표준화하였습니다. 이 연구로 국내외 주요 연구정점 해수에서 메타바이롬 분석 결과(약 10 테라바이트)를 국내 최초로 확보하였습니다. 국내 및 해외에서 확보한 기술을 바탕으로 RT-qPCR, multiplex-PCR, Pan-PCR, 재조합 항체를 기반으로 한 감염성 바이러스 검출 기술과 차세대 시퀀싱을 기반으로 한 진단 기술도 개발하였습니다. 또한 유전체 서열 정보 기반 인수공통 감염성 바이러스 평가 모델을 개발하였습니다.
주요 감염성 바이러스와 감염 세포주를 확보하였고, 이를 기반으로 감염 모델 제작연구를 수행하였습니다.
항바이러스 소재 스크리닝을 위한 컴퓨터 시뮬레이션과 대체 바이러스 시스템을 개발하였고, 이를 이용해 항바이러스 후보 물질을 발굴했습니다. 최종 연구가 완료되면 미래 해양 감염병에 대한 국가적 대응 체계 설계, 해양 감염성 바이러스 조기 경보 체계 구축, 항바이러스 물질 탐색, 광범위 치료제 개발을 위한 종합적 연구 플랫폼을 확보할 수 있을 것으로 기대합니다. 현재 진행 중인 연구를 완성하고 미래 세대를 위한 연구 플렛폼을 확립하기 위해서는 미래 해양 매개 팬데믹에 대한 국가적 대응 전략을 수립하기 위해 정부와 민간의 지속적인 관심과 지원이 필요합니다.
본 연구팀은 본 사업팀이 수행하면서 각 연구 분야별로 확립된 연구방법을 정리하여 ‘해양 환경내 감염성 바이러스 빅데이터 기반 진단, 치료 및 제어’ 연구를 위한 표준실험서를 제작하였습니다. 표준실험서 제작을 계획한 주 목적은 각 연구실에서 수행되고 있는 연구방법을 정리하여 신진 과학자들에게 전수하기 위해서 진하였습니다. 실험서가 만들어 지는 과정에 본 실험서는 연구과제에서 얻어진 연구결과를 도출할 수 있는 연구 방법을 모두에게 제시함으로써, 연구결과의 재현성 및 신뢰성을 더 높일 수 있다는 것을 확인하였습니다. 본 연구사업 수행과정 중에 활용되고 또 새롭게 개발된 연구방법들을 정리한 본 실험서 제작은 국내에서는 거의 시도된 바 없지만, 이와 같은 시도는 타 연구사업에서도 충분히 시도해 볼만한 일인 것으로 판단됩니다. 이 실험서 제작에 참여한 본 연구사업단의 모든 연구자들의 노고에 감사드리며, 본 연구사업의 성공적인 수행을 기대합니다.1. 감염성 해양바이러스 빅데이터 구축 및 데이터 마이닝 기술 개발
•1-1 해수 채집
•1-2 해양 DNA 바이러스 포집
•1-3 DNA 바이러스 메타바이롬 분석을 위한 라이브러리 제작
•1-4 해양 RNA 바이러스 포집
•1-5 Viral RNA 추출
•1-6 RNA 바이러스 메타바이롬 분석을 위한 라이브러리 제작
•1-7 감염성 해양바이러스 메타바이롬 바이오인포메틱스
1-7-1 트리밍(Trimming)
1-7-2 rRNA 제거 (rRNA Depletion, RNA 바이러스 분석에 해당)
1-7-3 어셈블리(Assembly)
1-7-4 그룹화(Clustering)
1-7-5 바이러스 콘티그 추출 (virus contig sorting)
1-7-6 매핑(Mapping)
1-7-7 단백질 서열로 번역(Translation)
1-7-8 유전자 서열 블라스트(BLAST)
1-7-9 분류학적 프로파일링(Taxonomic profiling)
2. 핵산 기반 감염성 바이러스 진단기술 개발
•2-1 실시간 유전자 추적(RT-PCR)
•2-2 바이러스 검출 프라이머 제작 및 효능 평가
•2-3 판-프라이머(Pan-primer)를 이용한 바이러스 스크리닝
•2-4 다중 동시감별(Multiplex) 분자진단법
•2-5 비편향 유전체 증폭(SISPA) 기반 차세대 염기서열 분석 진단법
•2-6 다중 동시 중합효소 연쇄 반응 기반의 차세대 염기서열 분석 진단법
•2-7 생물 정보학 기반 바이러스 탐지 NGS 분석도구(VirPipe)
3. 항체 기반 감염성 바이러스 진단기술 개발
•3-1 바이오패닝(Biopanning)
•3-2 scFv 클로닝(Cloning) 및 발현
•3-3 항체의 특성 분석: ELISA 결합 친화도
4. 감염성 바이러스 감염모델 개발
•4-1 세포 배양
•4-2 실험관 내 바이러스 감염 (In vitro infection)
•4-3 RNA 추출
•4-4 cDNA 합성
•4-5 실시간 중합효소 연쇄 반응(RT-PCR)
•4-6 용균반 검사법(Plaque assay)
5. 해양생물 유래 항바이러스 소재 발굴
•5-1 In silico 기반 항바이러스 해양소재 발굴 매뉴얼 일반 사항
•5-2 바이러스 포트폴리오 구축 매뉴얼-단백질 정보 은행 활용법
•5-3 바이러스 포트폴리오 구축 매뉴얼-상동성 모델링 기술 활용법
•5-4 해양소재 디지털 표준화 매뉴얼-해양천연물
•5-5 해양소재 디지털 표준화 매뉴얼-해양펩타이드
•5-6 항바이러스 해양천연물 스크리닝
•5-7 항바이러스 해양펩타이드 스크리닝
6. 대체바이러스 기반 항바이러스 스크리닝
• 6-1 대체 바이러스 이용 항 DNA virus 소재 탐색
6-1-1 숙주 및 바이러스 준비
6-1-2 클로렐라 바이러스 PVK2를 이용한 항바이러스 소재 탐색
6-1-3 항 DNA 바이러스 소재 2차 스크리닝 (농도별 측정)
6-1-4 항 DNA 바이러스 소재 3차 스크리닝 (SI 값 도출)
• 6-2 대체 바이러스 이용 항 RNA virus 소재 탐색
6-2-1 숙주 및 바이러스 준비
6-2-2 재조합 VHSV를 이용한 항바이러스 소재 탐색
6-2-3 항 RNA 바이러스 소재 2차 스크리닝 (농도별 측정)
6-2-4 항 RNA 바이러스 소재 3차 스크리닝 (SI 값 도출
Host Evaluation: Reliance on Symbionts: A new metric for quantifying nutrient exchange in nutritional mutualisms
No full textMutualisms between autotrophs and heterotrophs that exchange nutrients are of pivotal importance in the ecology and evolution of life on Earth. However, investigation of holobiont trophic strategy (reliance on autotrophy vs. heterotrophy) is hampered by practical challenges in quantifying their diverse nutritional pathways. One prevalent solution is the use of stable isotope analysis (SIA); in particular, the overlap of the two partners in isotopic space serves as an estimate of autotrophic contribution to the holobiont's diet. Yet, existing methods are inconsistently applied throughout the literature and fail to incorporate the variation of the isotopic signal of both partners. We developed a novel metric called Host Evaluation: Reliance on Symbionts (HERS) that addressed existing limitations by (i) selecting and fitting two optimal sizes of ellipse areas and (ii) combining metrics generated from both heterotroph (host) and autotroph (symbiont) carbon and nitrogen stable isotope values into an index, ranging from zero to one. The accuracy and stability of HERS were tested with nine synthetic datasets representing diverse holobiont trophic strategies and a published empirical dataset composed of seven coral genera. HERS performance was assessed relative to other stable isotope metrics through comparison with existing literature that employed non-SIA methods. Our results identified ellipses encompassing 40% and 95% of isotope variance as the optimal sizes to include in HERS to accurately estimate trophic strategy. HERS was stable across all tested scenarios and was more consistent with existing literature than all other stable isotope metrics. Variance and accuracy greatly improved with increased sample size, with greater sampling necessary to assess the trophic strategy of holobionts that are strongly heterotrophic or autotrophic. We demonstrated that HERS is a rapid, cost-effective metric that can be used to assess diverse mixotrophic scenarios. For the first time, this metric incorporates the overlapping proportions of symbiont ellipse areas, resulting in a more relevant biological assessment. Furthermore, HERS employs two differently sized ellipse areas, providing a balanced estimate across different trophic strategies. Finally, based on our analyses, we recommend HERS users to sample ≥20 individuals.11Ysciescopu
Prototype ultrasonic desalination instrument and its performance test
No full textA large-scale ultrasonic washing instrument was developed, and its performance was evaluated using an ultrasonic instrument and mechanical washing for desalination in sea sand. Preliminary experiments with a portable ultrasonic device confirmed that increasing the ultrasonic power intensity and application time increased effectiveness of salt washing in sea sand. On the basis of these findings, a large-scale washing instrument with a maximum output of 1500 W, an ultrasonic frequency of 28 kHz, and a 25 L capacity washing tank was developed. Parametric experiments via the developed system were performed to investigate the effects of the sea-sand-to-washing water ratio, ultrasonic intensity, and washing time on washing effectiveness. The greatest reduction in salinity was observed when both ultrasonic treatment and mixing of sea sand with water were applied. The optimal washing conditions were an ultrasonic intensity of 1200 W, a washing water-to-sea sand ratio of 2:1, and a minimum washing time of 3 min. The results confirm that the developed equipment is effective for removing salt from sea sand and that further optimization of the ultrasonic intensity and mixing techniques can increase the washing efficiency.11Ysciescopu
Molluscan Diversity in the Rocky Shore Ecosystem of Uljin, Gyeongbuk, Korea
No full textThis study provides a comprehensive long-term analysis of the diversity and distribution patterns of marine mollusks inhabiting rocky shore ecosystems along the coast of Uljin, Gyeongbuk. From August 2012 to February 2024, surveys were conducted eight times at 11 stations over approximately 12 years using scientific diving and quadrat sampling methods. A total of 124 molluscan species belonging to 45 families, 18 orders, and 4 classes were identified, with Gastropoda showing the highest species richness (79 species, 63.7%). Analysis of vertical distribution revealed distinct differences in species composition between habitats, with 29 species recorded in the intertidal zone and 108 species in the subtidal zone. Dominance analysis indicated that the periwinkle Echinolittorina radiata and the mussel Modiolus kurilensis were the primary and secondary dominant species, respectively, representing key components of the rocky shore ecosystems molluscan community in Uljin. Long-term monitoring also revealed the emergence of new species such as Turbo cornutus, Chlorostoma turbinatum, Omphalius pfeifferi pfeifferi, Lacuna turrita, and Mitrella bicincta. Notably, the occurrence of the subtropical species Turbo cornutus suggests that rising seawater temperatures driven by climate change are influencing the structure and distribution of mollusks along the East Sea coast. This study provides fundamental data on molluscan diversity in the rocky shore ecosystem of Uljin and offers important scientific evidence for understanding the long-term ecological impacts of climate change on the marine ecosystems of the East Sea.22Nkc
Environmental drivers of food material and calorie content variability of particulate organic matter in four distinct Korean Peninsula Seas
No full textRecent studies have documented rapid environmental changes impacting biological communities, such as shifts in phytoplankton composition and size distribution, with significant implications for the nutritional quality of the marine food web. Phytoplankton-derived macromolecules, including carbohydrates (CHO), proteins (PRT), and lipids (LIP), are crucial components of marine ecosystems; however, considerable knowledge gaps remain regarding their spatiotemporal variability and ecological consequences. This study investigates seasonal and regional variations in the macromolecular composition and calorie content of particulate organic matter (POM) across the Korean Peninsula's seas, aiming to identify primary environmental factors driving these variations. Our findings highlight significant variations in POM macromolecular compositions, with CHO and LIP generally dominating over PRT across most regions and seasons, influenced by environmental factors such as temperature, nutrient concentrations, and salinity. Food material (FM), defined as the total sum of CHO, PRT, and LIP, varied significantly among regions, with the Yellow Sea exhibiting notably higher FM, reflecting elevated nutrient concentrations and productivity compared to other regions. Despite broad ranges, both FM and calorie content were, on average, were approximately 40% lower compared to values reported in a previous study. Principal component analysis and multiple linear regression analysis identified similar environmental factors influencing both FM and calorie content, highlighting the importance of regional environmental conditions. This study enhances our understanding of phytoplankton biochemical dynamics in the Korean seas and emphasizes the need for future research on size-specific FM and calorie content to better predict ecosystem responses to ongoing environmental change.11Nsci