현재 생명체에 존재하는 대부분의 질소는 세균에 의해서 대기로부터 수집된다. 새로운 연구 결과에 따르면 20억년 동안 생물이 이용할 수 있는 질소의 양이 크게 감소해 질소 고정화 과정이 진화했다는 새로운 가설이 제기됐다.

번개도 대기의 질소를 고정화 시킬 수 있다. 번개는 질소 분자를 나누어 산소나 수소와 반응하게 만든다. 그런데, 세균은 굳이 에너지가 많이 소모되는 질소 고정화 반응을 진화시킨 이유는 무엇일까?

이 이유를 밝히기 위해서 멕시코 국립 대학교의 라파엘 나보로-곤잘레스 연구팀은 2, 30억년 전 원시 지구의 대기 조건을 재구성한 후에 레이저를 이용해 원시 대기에 번개를 재현했다.

연구팀은 대기 중에 이산화탄소 함량이 20% 정도 감소하면 번개에 의해서 고정되는 질소의 양이 100배 감소한다는 결론을 얻었다. 즉, 생명체는 질소 위기를 맞이한다.

원시 대기에는 산소가 거의 없었기 때문에 이산화탄소는 매우 중요했다. 세균이 이용할 수 있는 형태로 질소를 바꾸기 위해서 필요한 산소는 이산화탄소와 물로부터 얻어야만 했을 것이다.

원시 대기에서 이산화탄소는 2가지 원인으로 인해서 감소됐을 것으로 보인다. 첫째, 우주로부터 운석의 충돌이 감소했다. 운석의 충돌은 일산화탄소를 이산화탄소로 산화시킨다. 둘째, 대륙이 성장하면서 이산화탄소와 반응하는 물질들이 노출되어 대기로부터 이산화탄소가 감소하게 됐다.

22억년 전부터 질소 위기가 1억년 동안 지속됐다. 이 1억년 동안에 광합성 세균이 대기로 산소를 공급하기 시작했고, 빛에 의한 질소 고정이 시작됐다. 1억년의 기간은 질소 고정 반응이 진화하기에 충분한 시간이라고 연구팀은 말했다.

질소 위기 가설을 위협하고 있는 한 가지는 메탄의 역할이다. 메탄은 hydrogen cyanide나 암모니아 이온으로 질소를 고정화 시킬 수 있기 때문에 질소 위기를 방지할 수 있다. 하지만, hydrogen cyanide의 독성을 없애기 위한 효소로부터 질소 고정화에 필요한 효소가 생겼을 가능성도 있다.

(Navarro- GonzA¡lez, R., McKay, C. P., Nna Mvondo, D.A possible nitrogen crisis for Archaean life due to reduced nitrogen fixation by lightning. Nature, 412, 61 - 64, (2001))

출처 : 한국과학기술정보연구원, 등 록 일 2001-07-07 원문출판일 2001년 07월 05일

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운영자, 다른기사보기기사등록일시 : 2003.07.16 17:07

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