33.jpg
55.jpg

KAIST부설 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 코스모스

  • 블랙 페이스 북 아이콘
  • 블랙 인스 타 그램 아이콘

영구동토층에 사는 미생물의 놀라운 비밀


바닷물 한 방울에는 수만~수백만의 미생물들이 서식한다. 이렇게 많은 미생물들은 약 38억년 전 지구상에 최초의 생명체로 출현한 이래, 주변원소 및 환경조건들과 끊임없는 상호작용을 통해 지구와 해양의 환경변화를 주도해온 중요한 생물요인이다. 한 예로서, 해양에는 대기에 존재하는 온실가스인 이산화 탄소와 비슷한 양(약 750 gT)의 용존 유기탄소가 존재한다. 미생물은 해양의 용존 유기탄소를 세포내로 흡수하고 분해시킬 수 있는 유일한 생물요인으로서, 용존 유기탄소를 호흡을 통해 무기탄소로 전환시키거나, 미세생물 먹이망 내 에너지원으로 전달시키며, 미생물 탄소펌프를 통해 난분해성 유기물로 변환시켜, 해양의 내부에 탄소를 격리시킴으로써 생태 및 생지화학적 탄소순환에서 중요한 역할을 담당한다. 해양미생물에 대한 연구를 진행하면 미생물과 환경요인들(수층구조, 연안오염, 용승 또는 기후변화 등)과의 상호작용에 대해 알 수 있다. 그리고 그것을 통해, 다양한 해양환경 (연안-대양; 극지; 양식장; 연안갯벌 및 심해퇴적물 등)에서 탄소 및 영양염의 생지화학적 순환과 미세생물 먹이망 과정에서 미생물의 역할을 규명할 수 있다.


해양에서 일차생산-미생물 간의 상호작용에 대한 연구를 통한 유기탄소의 경로를 밝히는 일은, 해양의 탄소순환경로를 이해하고, 기후변화에 따른 해양의 탄소저장기능 변화를 평가하는데 있어 필수적인 정보를 제공한다. 광합성하는 식물 플랑크톤은 합성한 유기물질을 세균이나 원생 동물과 같은 미생물의 활동으로 광물화하는 과정을 거친다. 이 과정은 무기물과 이산화탄소를 1차 생산자가 사용할 수 있게 되돌리는 것으로 이렇게 변환된 유기물질을 소비자는 사용할 수 없다. 이것을 미생물 생태환이라고 한다. 박테리아는 해수 내에서 순환되는 유기탄소를 분해하는 과정에서 미생물 생태환을 통해 상위영양단계로 에너지를 전달할 수 있다. 해양의 물질순환에 있어 해면으로부터 심층으로의 탄소수송을 생물 펌프라고 하는데, 탄소 이외의 물질순환에 사용하는 경우도 있다. 표층에서 광합성에 의해 생산된 유기물 대부분은 호흡에 의해 무기화되지만 일부는 식물플랑크톤 자신 또는 동물플랑크톤 분립의 침강으로 또 동물플랑크톤의 일주연직이동에 의해 하층으로 수송된다. 해면에서는 하층으로 향하는 유기탄소량에 알맞은 이산화탄소가 대기로부터 보급된다. 그리고 호흡(O2 소비)을 통해 CO2를 생성함으로써, 생물펌프를 통한 해양의 탄소제거 기능 약화를 야기하거나 미생물 탄소펌프를 통해 난분해성 유기탄소(RDOC)를 생성하여 해양의 잠재적 탄소저장기능을 담당하는 등 해양의 탄소순환을 조절하는 중요한 생물요인이다.


최근 기후온난화로 이해 전세계적으로 해양의 표층수온이 상승하고 있으며, 이에 따라 수층 구조의 변화(성층발달) 혹은 용승 강도의 변화에 대한 연구들이 이루어지고 있으며, 이와 관련하여 해양의 일차생산이 감소하고, 크기가 작은 식물플랑크톤 및 박테리아의 생체량이 증가하고 있다는 연구들이 보고되고 있다. 본 연구실에서는, 2005년 이래 동해에서 기후변화(수온상승, 용승, 성층발달)에 따른 미생물 요인의 반응을 조사함으로써 향후 기후변화가 해양의 탄소순환 및 생태계 변화에 미치는 영향을 진단ㆍ예측하기 위한 연구를 수행해 오고 있다.


이에 대해 많은 연구가 진행되면서 영구동토층 미생물을 이해하면 기후변화 속도를 알 수 있다는 연구가 나왔다. 영구동토층(permafrost)이 녹으면서 미생물 등의 활동으로 생성되는 온실가스 방출량을 측정해 향후 100년 간의 지구온난화율을 정확히 예측할 수 있다는 것이다. 쉽게 말해서 영구동토층 해동은 미생물에게 만찬의 시간과 같다. 지구 기온이 올라감에 따라 연중 얼어 붙어있던 영구동토층에 격리된 막대한 양의 탄소가 미생물 분해에 이용될 수 있게 된다. 지금까지 영구동토층 해동으로 생성된 온실가스 방출량에 대한 정확한 예측은 영구동토층 미생물계와 이들의 탄소 대사에 대한 이해 부족으로 한계가 있었다. 미생물들은 영구동토층 안에 있는 탄소 등의 먹이를 먹고 메탄을 뿜어내며, 메탄은 이산화탄소에 비해 많게는 33배에 이르는 환경 파괴를 일으킨다. 추가적으로 영구 동토층이 녹으면 시퀀싱 기술을 이용해 새로운 미생물의 DNA를 분석할 수 있다. 영구동토층은 전 지구 토양 탄소의 약 50%인 1조5800억톤을 저장하고 있다. 기후변화에 관한 정부간 협약에 따르면 2100년까지 지구 표면 영구동토층 가운데 33~99%가 사라질 것으로 예측된다. 북부 영구동토층 습지는 전세계 메탄 방출에서 상당히 큰 부분을 차지한다. 그 이유는 특히 영구동토층 붕괴로 인해 메탄 생성 미생물(methanogens)과 이들의 대사 파트너가 번성할 수 있는 완벽한 혐기 조건이 만들어질 수 있기 때문이다. 메탄은 대기에 태양복사열을 가두는 효과가 이산화탄소보다 25배나 높은 강력한 온실가스이기 때문에 이 같은 사실은 매우 중요하다.


또한 미생물들이 온실가스 방출을 완화시킬 수 있는 방법이 존재할 것이라는 예측도 즐비하다. 여기에는 환경을 보호할 수 있는 미생물 활동을 장려해 영구동토층 지역을 비옥하게 하는 방법도 포함된다. 실제로 영구동토층 미생물군에 관한 모든 것이 나쁜 뉴스만은 아니다. 메탄영양체(methanotrophs)로 불리는 일부 미생물은 땅 속에 있는 메탄이 공기로 방출되기 전에 이를 소비하기 때문에 환경에 유익하다. 환경조건이 온난 다습해지며 미생물들도 변화하고 메탄을 소비하는 일부 미생물들도 늘어날 것이다.

조회 142회
Picture4.jpg
워터마크_white.png

KOSMOS는 KSA Online Science Magazine of Students의 약자로,

KAIST부설 한국과학영재학교 학생들이 만들어나가는 온라인 과학매거진 입니다.

​본 단체와 웹사이트는 KAIST부설 한국과학영재학교의 지원으로 운영되고 있습니다.

저작물의 무단 전재 및 배포시 저작권법 136조에 의거 최고 5년 이하의 징역 또는 5천만원 이하의 벌금에 처하거나 이를 병과할 수 있습니다. 

© 2018 한국과학영재학교 온라인 과학매거진 KOSMOS. ALL RIGHTS RESERVED. Created by 김동휘, 윤태준.

운영진 연락처