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북극 바다 아래 진화한 열수 분출공 미생물

 


(Enceladus black smoker at the Aurora Vent Field. Credit: HACON cruise 2021, REV Ocean)

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(Aurora’s hydrothermal vents at Gakkel Ridge (Central Arctic). A snapshot of a hydrothermal vent (upper left corner, indicated by the red arrow) and chimneys (yellow-orange structures on the right) captured by the underwater camera system OFOS, which made it possible to identify the location of the hydrothermal vents field during expedition PS86. Credit: Cruise report)

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깊은 바닷속에 있는 열수 분출공은 철, 망간, 구리 같은 다양한 금속과 황화합물, 메탄, 수소 같은 물질을 분출합니다. 당연히 바다 표면에서는 알 수 없기 때문에 그 존재는 최근에야 알려졌습니다.

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과학자들은 무엇보다도 뜨겁고 황 같은 독성 물질이 많은 열수 분출공 주변 환경에 적응해 살고 있는 수많은 생명체에 놀라지 않을 수 없었습니다. 이곳에서는 태양 에너지와 독립적으로 열수 분출공에서 나오는 화학 물질을 이용해 에너지원으로 삼는 미생물을 기반으로 한 생태계가 만들어져 있습니다.

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열수 분출공 생태계는 깊은 바닷속에 있어 접근이 쉽지 않지만, 과학자들에게 중요한 연구 대상이 됐습니다. 최초의 생명체가 이곳에서 탄생했을 가능성은 물론이고 유로파나 엔셀라두스 같은 태양계 내 다른 위성에도 비슷한 환경에서 생명체가 생겼을 가능성을 배제할 수 없기 때문입니다.

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독일 막스 플랑크 연구소의 마시밀리아노 몰라리 (Massimiliano Molari from the Max Planck Institute for Marine Microbiology)가 이끄는 연구팀은 탐사선 폴라스턴 (Polarstern)을 타고 북극해와 남대서양 바다 아래 있는 열수 분출공에서 샘플을 채취했습니다.

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북극 바다 아래 2500m 깊이에 있는 열수 분출공은 접근이 매우 어려운 장소라서 과거 많은 연구가 진행되지 못했습니다. 하지만 어쩌면 엔셀라두스나 유로파의 바다 아래 환경과 비슷할 수 있다는 점에서 과학자들의 주목을 끄는 장소입니다.

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연구팀이 이곳에서 주목한 미생물은 술푸리모나스 (Sulfurimonas)라는 미생물로 이름처럼 황화물 (sulfide)를 분해해 살아가는 미생물입니다. 산소가 거의 없는 환경에서 살기 때문에 산소를 싫어하는 혐기성 세균이며 뜨거운 열수 분출공에서 살아갑니다. 하지만 과학자들은 이것이 이 미생물의 이야기의 전부가 아니라는 사실을 발견했습니다.

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새롭게 발견된 술푸리모나스인 USulfurimonas pluma는 (위 첨자 U는 uncultivated)는 열수 분출공 바로 옆이 아니라 열수 분출공에서 뿜어져 나온 열수 기둥 속에 있는 수소를 이용하는 세균으로 산소가 많은 환경에서도 살 수 있습니다. 따라서 열수 분출공 바로 옆이 아닌 좀 떨어진 중간 지대에 살고 있습니다.

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S. pluma의 존재는 열수 분출공 생태계가 주변으로도 확장될 수 있다는 점을 보여준다는 점에서 재미 있습니다. 개인적인 생각이지만, 만약 목성의 위성 유로파나 토성의 위성 엔셀라두스에도 비슷한 생태계가 있다면 열수 분출공에서 먼 곳에서도 적응해 살아가는 미생물이 있을 수 있기 때문입니다. 그리고 어쩌면 이들이 우리가 탐사선을 보냈을 때 가장 먼저 만나게 되는 생명체일 가능성이 있습니다.

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그리고 오래 전 지구가 얼음 덩어리처럼 변했던 눈덩이 지구 시기에 (8억 5000만년 전 - 6억 3500만년 전) 지구 생명체가 이런 방식으로 열수 분출공 주변으로 진출했을지도 모릅니다.

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아직도 수많은 비밀을 간직한 열수 분출공에서 앞으로 어떤 새로운 사실이 밝혀질지 궁금합니다.

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참고

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https://phys.org/news/2023-03-life-underwater-volcanoes.html

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Massimiliano Molari, A hydrogenotrophic Sulfurimonas is globally abundant in deep-sea oxygen-saturated hydrothermal plumes, Nature Microbiology (2023). DOI: 10.1038/s41564-023-01342-w. www.nature.com/articles/s41564-023-01342-w

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