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태양계 이야기 875 - 화성의 환경에서 자랄 수 있는 시아노박테리아



 (A: Bioreactor Atmos ("Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems"). B: A single vessel within Atmos. C: Design schematic. Credit: C. Verseux / ZARM)



 영화 마션에서는 화성에서 감자를 키우는 이야기가 나옵니다. 하지만 사실 감자 같은 고등한 식물은 화성의 고운 모래 입자인 레골리스와 지구와는 다른 대기 조건에서 키우기가 쉽지 않습니다. 물론 의외로 열악한 환경에서도 자라긴 하지만, 그래도 제대로 재배를 하려면 결국 지구 같은 환경을 인공적으로 만들어줘야 합니다. 



 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/220576287672



 브레맨 대학의 Laboratory of Applied Space Microbiology at the Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) 연구소의 과학자들은 화성 환경에서 더 이상적인 재배 미생물을 선택했습니다. 바로 시아노박테리아(cyanobacteria) 입니다. 시아노박테리아는 매우 열악한 환경에서도 자랄 수 있고 토양 없이 배지에서 키울 수 있기 때문에 화성의 조건에 더 이상적입니다. 화성 표면의 강한 방사선 환경과 낮은 일조량도 이들에게는 큰 문제가 되지 않습니다. 



 그렇다는 해도 화성 표면의 낮은 온도와 대기압, 그리고 이산화탄소가 대부분인 공기는 시아노박테리아가 자라기에 이상적인 조건은 아닙니다. 연구팀은 화성에서 쉽게 구할 수 있는 자원을 이용해서 시아노박테리아가 잘 자랄 수 있는 환경을 만들기 위해 Atmos (Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems)라는 바이오리액터 (bioreactor)를 만들었습니다. 



 Atmos는 화성 대기에서 가장 많은 비중을 차지하는 이산화탄소와 질소를 이용해 시아노박테리아를 키웁니다. (참고로 화성 대기 중 95.3%가 이산화탄소, 2.6%가 질소, 1.9%가 아르곤, 그리고 기타 수증기와 산소 등 미량 기체) 본래 화성 대기에는 이산화탄소가 가장 많지만, 연구팀은 96%의 질소와 4% 이산화탄소를 지닌 인공 대기를 만들어 지구 해수면표면 기압의 1/10 정도인 100 hPa의 압력으로 주입했습니다. 화성 대기압에서는 물이 안정적으로 액체 상태로 존재하기 어렵기 때문에 기압을 올린 것입니다. 



 Atmos에 들어갈 배지는 화성 레골리스를 모방한 모의 레골리스를 사용해 만들었습니다. 여기엔 고등한 식물이 자라는데 필요한 유기물과 미생물은 없지만, 시아노박테리아의 성장에 필요한 황, 인, 칼슘 같은 미네랄은 풍부합니다. 마지막으로 연구팀은 이런 조건에서 가장 잘 자랄 것으로 예상되는 시나오박테리아 종인 아나베나 (Anabaena sp)를 선정했습니다. 참고로 Atmos는 1L 부피의 압력 용기로 화성에서 받을 것으로 예상되는 햇빛을 인공적으로 만듭니다. (사진 참조) 



 연구 결과 시아노박테리아는 Atmos에서도 잘 자랄 수 있었습니다. 물론 지구와 비슷한 환경에서 가장 이상적으로 성장하긴 하지만, 화성에서 Atmos 내부와 비슷한 환경을 만들어줘도 잘 자랄 수 있다는 믿음을 심어준 것입니다. 다만 시아노박테리아 자체를 바로 먹을 순 없기 때문에 이를 대장균이나 다른 미생물이 자랄 수 있는 배지로 만들어서 사용하는 다소 복잡한 단계를 거쳐야합니다. 



 감자보다는 훨씬 키우기 쉽긴 하겠지만, 시아노박테리아 역시 화성 표면의 환경에서 잘 자랄 수 있는지는 역시 실제로 테스트를 해봐야 알 수 있을 것입니다. 2030년대 화성 유인 탐사가 본격적으로 추진되면 이를 테스트할 기회가 있을 것으로 생각합니다. 



 참고 



"A low-pressure, N2/CO2 atmosphere is suitable for cyanobacterium-based life-support systems on Mars" Frontiers in Microbiology, DOI: 10.3389/fmicb.2021.611798 , www.frontiersin.org/articles/1 … icb.2021.611798/full



https://phys.org/news/2021-02-biotech-red-planet-method-cyanobacteria.html
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