Nature지에 온라인으로 게재된 본 연구에 따르면, 고세균(archaea)에 속하는 미생물로 그 어떤 생명체보다도 암모니아 활용능력이 뛰어났다. 이제 생태학자들은 해양 상부에서는 식물성 플랑크톤의 증식에 따라 암모니아가 급격히 소비하고, 미생물이 질산염으로 변환시킬 수 있는 암모니아의 양은 매우 적게 남는다고 생각하고 있다. 고세균은 다른 유기체로부터 암모니아를 가져와 질산염으로 변환시키는 능력이 있다. 그럼으로써 식물성 플랑크톤이 다시 한번 질산염을 섭취할 수 있게 된다.

암모니아는 동물에게 독성을 나타낼 수 있는 폐기성 물질이지만, 식물성 플랑크톤과 같은 식물은 암모니아를 활용하여 매우 에너지 효율적으로 세포를 만들어 낸다. 연구에 따르면, 고세균은 심해의 척박한 환경 속에서도 질소를 포함하고 있는 암모니아를 찾아낼 수 있기 때문에, 어떻게 그런 환경 속에서도 미생물이 살아남을 수 있는지에 대한 오래된 숙제를 풀게 해 주고 있다. 따라서 고세균은 모든 생명체가 의존하고 있는 지구의 질소 순환(nitrogen cycle)에 핵심적인 역할을 하고 있는 것이다.

질산화미생물(bacterial nitrifier)은 지난 19세기 후반에 발견되었다. 1세기 뒤 다른 그룹의 질산화미생물이 대규모로 발견되고 있다. 때문에 질소순환에 대한 기본적 개념을 수정해야 할 필요성이 발생한 것이다. 고세균은 30년 전에 처음 발견되었으며 열수공과 같이 극한의 환경에서만 존재하는 것으로 생각되었다. 하지만 실제 훨씬 널리 분포하고 있는 것으로 알려지고 있다.

1990년대 초 과학자들은 해수를 수집한 결과, 적어도 해양 미생물의 20%는 고세균이라고 판단할 수 있는 유전적 정보를 확인하게 되었으며, 정황상 이것들이 암모니아를 섭취하고 사는 것으로 여겨진다. 2005년 Stahl의 연구팀은 시애틀 수족관의 열대 수조에서 유기체를 분리하였으며, 이 미생물이 암모니아를 산화시킴으로써 성장에 이용하는 것을 확인하였다. 이들 미생물은 북해나 퓨젯 사운드(Puget Sound)에서도 발견된 바 있다.

새로운 실험에 의하면, 이 미생물은 10ng 농도의 매우 적은 암모니아 농도 속에서 생존할 수 있으며, 이 양은 1천만 갤런의 물 속에 녹아 있는 한 스푼의 암모니아염에 해당하는 것이다. 심해의 경우 빛과 탄소가 없기 때문에, 이 적은 양의 암모니아는 유기체가 이용할 수 있는 유일한 에너지원이 된다.

이번 발견은 해양 생태계에 두 가지 중요한 의미를 갖는다. 과학자들은 무엇인가가 심해에서 암모니아를 질산염으로 전환한다는 것을 알고 있었지만, 어떤 미생물이 관여하고 있는지 상상하지도 못했다. 이제 그 베일에 쌓여 있는 미생물이 고세균임이 밝혀진 것이다.

고세균은 단세포 미생물로 매우 작다. 크기가 0.2 마이크로미터로 이보다 작은 생명체는 바이러스뿐이다. Martens-Habbena는 고세균의 크기가 에너지원이 매우 적은 환경에서 미생물이 살아남을 수 있는 열쇠가 될 것이라고 생각하였다. 본 실험에 이용한 종은 Nitrosopumilus maritimus였다.

고생물의 생활성향 및 질소 주기에 미치는 영향에 대한 심도 있는 이해는 생태학 책을 다시 쓰게 만들지도 모른다. 또한 실제 생활에서도 적용할 수 있는데, 화학비료를 사용하지 않고 토양의 질소함량을 증대시키기 위한 천연요법으로 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 미생물을 이용하여 하수의 질소성 폐기물을 제거하기 위한 하수시스템 설계에도 이용할 수 있다.

이번의 새로운 발견은 지구 기후 모델에 사용되는 방정식에도 영향을 미칠 수 있다. 컴퓨터 모델은 지구상의 질소 및 다른 화학물질의 순환을 이용하여 해양이 얼마나 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있으며 궁극적으로 해저에 가라앉힐 수 있는지를 예측한다. 본 발견을 통해, 지표수의 질산염 중 대부분은 바이오매스의 재활용을 통해 발생하는 것이지, 현재 예측하고 있는 것처럼 심해에서 오는 것은 아니라고 제안하고 있다. 따라서 저자는 탄소 펌프(carbon pump)가 현재 알려진 것만큼 강력하지 않기 때문에 현재의 기후 모델은 해양에 의한 이산화탄소의 흡수를 과대평가하고 있는 것이라고 밝혔다.

http://www.eurekalert.org/pub_releases/2009-09/uow-pnc092809.php

제공 : kisti, 다른기사보기기사등록일시 : 2009.11.07 13:04

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