심해에 질소를 고정시키는 새로운 유형의 세균이 풍부하게 서식한다는 연구 결과 한 편이 발표됐다. 미국 캘리포니아대학, 산타크루즈(Univ. of California, Santa Cruz)의 해양학자들이 수행한 이번 연구의 결과는 영국의 저명한 학술지 네이쳐(Nature), 8월 9일자에 소개됐다.

연구진이 발견한 질소-고정 세균(nitrogen-fixing bacteria)은 광합성 세균(photosynthetic bacteria)의 일종으로 지금까지 학계에 보고된 사례가 없는 새로운 유형에 속한다. 질소-고정이라는 것은 대기에 풍부하게 존재하는 질소를 원료로 삼아 이를 다른 생명체가 이용할 수 있는 질소화합물 형태인 암모니아(ammonia)나 질산염(nitrate) 등으로 변환시키는 과정을 가리킨다. 질소-고정 산물을 흔히 천연 비료(natural fertilizer)라고 표현할 만큼 질소-고정은 생태계에 유익한 영향을 미친다

고 볼 수 있다.

이번 연구는 태평양 하와이 인근으로부터 세균을 분리한 다음 이를 실험실에서 배양하는 방식으로 진행됐다. 연구진이 분리한 세균은 시네코시스티스(Synechocystis) 속(genus)에 속하는 세균이다. 이 속에 속하는 세균들은 남조류(blue-green algae)라 불리는 광합성 미생물로 해양 및 담수에 서식하는 세균들이 모두 포함된다.

연구진이 발견한 광합성 세균은 특히 심해에서 높은 활성을 보인다. 연구진은 실험실에서 배양한 세균 외에도 해양 환경에서 다양한 유형의 질소-고정 세균이 존재한다는 증거를 발견했다고 밝혔다.

육지의 경우 질소-고정 세균은 콩과 식물의 뿌리에 서식하는 것들이 고작이다. 이에 반해 해양에 서식하는 질소-고정 세균에 대해서는 많은 의문이 남아 있었다. 한 예로 근해 연안에서는 다량의 질소-고정 광합성 세균이 발견된다. 그러나 외양(open sea)의 경우에는 질소-고정 세균이 서식한다는 연구 보고가 거의 없는 형편이었다. 외양에 서식하는 것으로 보고된 질소-고정 세균은 한 두 종에 불과한데, 이들만으로 바다에서 고정되는 질소의 양을 설명하기에는 무리가 있기 때문에 또 다른 질소-고정 세균의 존재 가능성이 제기돼 왔다.

바다에서 고정되는 질소의 양은 단지 학술적인 호기심 문제 이상의 의미를 갖는다. 질소는 해양 조류(marine algae)의 성장을 자극하고 해양 조류는 대기로부터 이산화탄소를 흡수하기 때문에 결국 질소 고정을 통해 지구 온난화(global warming) 문제를 해결하는데 도움을 받을 수 있다. 따라서 해양에 서식하는 질소-고정 세균을 동정하고 그 특성을 이해하는 연구는 지구 환경을 개선시키는 방안을 마련하는데 중요한 영향을 미칠 수도 있다.

이번 연구를 주도한 조나단 제(Jonathan P. Zehr) 교수는 지난 12년 동안 해양에 서식하는 질소-고정 세균을 연구해 왔다. 그는 생물체 자체를 동정하는 연구뿐만 아니라 질소 고정이 일어나는데 필요한 단백질을 발현시키는 유전자의 DNA 흔적을 찾는데도 공을 들였다. 연구진의 애초 예상은 이미 알려진 해양 질소-고정 세균 외에 다른 세균이 존재하지 않는다는 것이었지만 이 예상은 보기 좋게 빗나갔다. 새로운 유형의 질소-고정 세균과 이에 관여하는 유전자들이 발견됐기 때문이다.

연구진이 질소-고정 세균을 선발하는 과정은 비교적 간단했다. 먼저 해양으로부터 세균을 수집한 후 해양 환경과 동일한 조건 아래에서 세균을 배양했다. 단 이 과정에서 질소 영양원을 제거함으로써 대기로부터 질소를 스스로 고정하는 세균 외에 다른 세균은 살아 남지 못하도록 조작이 가해졌다. 이렇게 얻어진 세균의 질소-고정 활성은 기존의 광합성 해양 세균보다 약 100배 이상 높다.

연구진이 발견한 새로운 질소-고정 세균은 바다 밑 100미터에서 200미터에서 풍부하게 서식하는 특성을 보인다. 참고로 이미 학계에 알려진 다른 질소-고정 세균들은 대부분 바다 및 50미터 부근에서 서식한다. 또한 기존의 질소-고정 세균이 따뜻한 계절에만 활성을 나타내는데 반해 이번에 동정된 세균은 2월처럼 추운 계절에 활성을 나타내는 차이를 보였다.

출처 : 한국과학기술정보연구원, 등 록 일 2001-08-11 원문출판일 출판날짜 2001년 08월 08일

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운영자, 다른기사보기기사등록일시 : 2003.07.17 09:55

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