남극해의 극순환류에 원천 봉쇄된 남극 물고기
국제수로기구(IHO)는 남극해를 남위 60도 이남으로 남극 대륙을 둘러싸고 있는 바다라고 정하고 있으며, 정확한 명칭은 남빙양(南氷洋, Antarctic Ocean)이다.
약 5,500만 년 전 남극 대륙은 남아메리카 대륙으로부터 떨어져 나가기 시작하였고, 3,000만 년이 지나 남극 대륙을 휘감고 도는 극순환류(circumpolar currents)가 형성되었다. 극순환류는 지구상에서 가장 큰 물줄기이며 초당 1억 3,000만m3 이상의 빠른 속도로 순환하는 해류로 남극해의 수온을 1.5℃에서 -1.9℃ 범위를 유지하고 있다. 따라서 남극 대륙이 형성되던 때부터 남극 물고기는 따뜻한 곳으로 빠져나가고 싶어도 거대한 해류의 벽에 갇히게 되었다. 극순환류는 또한 저위도의 따뜻한 바닷물과 외래종의 유입을 차단시켰다.

영하의 수온에서 남극 물고기의 진화와 적응
남극 물고기는 문헌마다 조금씩 차이는 있지만, 5개의 과, 약 123종이 알려져 있다. 분류체계에서 단일의 목(Order)인 남극암치아목으로 구성된 점이 특징이다. 남극빙어를 비롯하여 남극해에서만 살아가는 남극 물고기는 영하의 수온에 여러 방법으로 적응했다.
남극 물고기는 결빙방지 단백질을 생성하여 혈액과 체액이 얼어붙지 못하도록 진화하거나 물고기에게 필수적인 부레를 없애고 대신 가벼운 연골을 택하여 운동에 필요한 에너지 소모를 줄이기도 했다. 극야와 백야의 환경에 영향을 받지 않도록 생체시계 유전자가 없거나 작동하지 않는 종도 있으며 남극해에 풍부하게 녹아있는 산소를 다른 물고기에 비해 3배 크게 발달한 심장으로 공급하고 피부호흡을 통해 보충하는 대신, 헤모글로빈이 1/10에 불과한 종 등 여러 가지 방법으로 진화했다. 남극 물고기는 인간으로 치자면 빈혈, 골다공증, 면역력의 이상과 저하에 걸린 셈인데, 그들의 생리를 밝히면 질병 치유와 치료제 개발의 가능성도 열리는 것이다.

남획과 기후변화로부터 남극 물고기 보전
크릴 남획 못지않게 어류의 무차별적인 남획이 남극 물고기와 남극 해양생태계를 위협하고 있다. 남극 물고기의 상업적 어획이 성행하면서 개체수는 빠르게 감소했다. 1969~1973년 동안 개체수는 50%까지 고갈되었고, 10년 후에는 남은 자원량이 어업 이전의 20% 수준에 불과하게 되었다. 심각성을 인지하고 남극해양생물자원보존위원회(CCAMLR)를 설립하여 여러 지역의 어업을 폐쇄했지만, 이미 개체수는 회복이 불가능할 정도로 줄어들었고, 전면적으로 조업 금지를 결정할 무렵에는 전 자원량의 5~10% 미만으로 감소했다.
물고기 수가 인위적으로 감소하는 와중에 남극에 닥친 기후변화의 영향도 남극 물고기를 비켜가지 않는다. 해빙 아래에서 해조류와 크릴을 먹고, 얼음 속에서 포식자를 피해왔던 남극 물고기에게 기후변화는 멸종을 재촉하는 셈이다. 한편 높아지는 바닷물의 온난화 스트레스에서 남극 물고기가 행동방식을 바꾼다는 논문이 공개되었다. 연구진들은 남극 물고기가 수온이 올라갈 때 지느러미를 집중적으로 움직이는 행동을 호흡이 용이하기 위함으로 추정했다. 남극 물고기가 기후변화에 대응할 수 있는 능력을 어느 정도 보유하고 있다는 결론이지만, 수천만 년 동안 살아온 남극해의 수온이 변화한다면 남극 물고기에게는 새로운 시련이 될 것이다.

국내 최초로 남극 물고기 연구의 첫걸음인 전용 아쿠아리움 시설을 제작하고
남극 물고기의 보전과 수산자원 활용 관련 실험과 연구를 이어가
남극에서 남극 물고기 연구기간은 최대 3개월이다. 그 외의 기간은 바다가 얼어붙고 해빙이 밀려와 물고기를 채집할 수도 없고, 연구를 위해 살려놓은 물고기에게 해수를 공급하기도 불가능하다. 따라서 김진형 박사는 영국의 남극연구소와 호주 남극연구소의 아쿠아리움을 참고하여 우리나라에서 남극 물고기 전용 아쿠아리움을 제작하였다. 남극 물고기에게 알맞은 수온을 유지할 냉각장치와 노폐물 제거를 위한 장치를 고안했으며 에너지를 절약하기 위한 열교환기 시스템까지 적용하여 국내 특허로 등록되었다. 안정된 조건에서 남극 물고기를 키우며 남극에 가지 않고도 장기 연구를 할 수 있게 됐다. 또한 남극 물고기에게 영양가가 높고 가성비가 좋은 젤라틴을 사용한 사료도 세계 최초로 개발했다.
김진형 박사가 남극 물고기를 국내로 들여온 목적은 인공번식을 위해서이다. 세계적으로 연구목적 이라면 남극 물고기의 채집과 실험이 가능하지만 한계가 따른다. 김진형 박사 팀은 2018년 세계 최초로 남극대륙이 아닌 북반구에서 남극 물고기의 인공수정을 시도했지만 수컷 개체가 없어서 산란유도 성공과 산란수 계측이라는 성과를 얻고 마무리되었다. 그후 2021년 채집된 검은지느러미남극빙어와 남극에메랄드암치의 암수 모두를 확보하여 산란과 인공수정 실험을 마쳤다. 미네랄과 불포화지방산의 함량이 높은 크릴을 먹고 사는 남극 물고기의 양식이 성공한다면 영양가 있는 미래식량자원의 개발과 더불어 남극 생태계를 보전하는 데도 도움이 되고 어족자원을 늘이는 데도 기여를 하게 될 것이다.