미생물은 얼마나 뜨거운 온도를 견딜 수 있을까?

 (Fluorescence micrograph of deep subseafloor microbial cells detected at Site C0023. The cells were stained with a green fluorescent dye SYBR Green I. Left: Microbial cells separated from a sediment core sample (43R-3) at the depth of 652.0 m at 76 °C. Right: A microbial cell detected from a sediment core sample (112R-2) at the depth of 1176.8 m at 120°C (one cell in the center of the picture). Scale indicates 20 micrometers (1/50 of a millimeter). Credit: JAMSTEC/IODP)

(IODP expedition 370 involved the scientific deep-sea drilling vessel Chikyu. Credit: JAMSTEC)

 펄펄 끓는 뜨거운 물에서도 살아남을 수 있는 생명체는 얼마 되지 않습니다. 의료인 입장에서는 매우 감사한 일인데, 고온고압 살균 소독이 가능하기 때문입니다. 일회용이 아니고 고온 소독이 가능한 의료 기구들은 일종의 압력 밥솥이라고 할 수 있는 오토클레이브(autoclave)를 이용해 고온고압 환경에서 멸균 소독합니다. 일부 고세균과 호열성 세균이 높은 온도에서도 살 수 있지만, 오토클레이브는 이보다 더 높은 온도로 가열하기 때문에 완전 멸균이 가능한 것입니다. 

 아무리 열에 잘 견디는 미생물이라도 기본적으로 열에 약한 단백질과 핵산이 반드시 필요하므로 보통 물이 끓는 온도인 섭씨 100도 이상에선 살아남기 힘듭니다. 지금까지 보고된 초호열성 미생물도 섭씨 122도에서 일시적으로 생존이 가능했을 뿐입니다. 사실 일반적인 지구 생태계에서 이론 고온 환경이 별로 없다는 점을 생각하면 의외의 사실은 아닐 것입니다. 하지만 과학자들은 미생물이 얼마나 뜨거운 고온 고압 환경을 견딜 수 있는지 궁금증을 풀기 위해 연구를 진행해 왔습니다. 

 일본의 해저 시추 연구 프로젝트인 JAMSTEC (The Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology   独立行政法人海洋研究開発機構  독립행정법인 해양연구개발기구)와 브레멘 대학의 마룸 해양 환경 과학 센터 (MARUM—Center for Marine Environmental Sciences at the University of Bremen)의 연구팀은 심해저 바닥을 시추해 얻은 시료를 통해 이 질문에 대한 답을 구했습니다. 

 IODP 시추 프로그램 : https://blog.naver.com/jjy0501/100166693913

 2016년에 진행된 IODP (International Ocean Discovery Program) 프로그램에서 얻은 샘플을 통해 연구팀은 해저 밑 4000m 이하 깊이 지각에서는 섭씨 120도 환경이 흔하다는 사실을 확인했습니다. 지열 때문인데 일부 시추 지점에서는 1180m에만 뚫고 들어가도 섭씨 120도에 달하는 지역이 있었습니다. 그런데 놀랍게도 이런 높은 고온 환경에 적응해 살고 있는 미생물이 있었습니다. 이들은 잠시가 아니라 평생 이곳에서 살아가는 생명체입니다. 

 사실 해저 밑 깊은 땅속은 온도를 배제하고 생각해도 생명체가 살기 힘든 환경입니다. 그런데 이런 환경에서 조차 주변 화학 물질을 분해해 살아가는 미생물들이 있습니다. 사실 지각에 살고 있는 미생물은 밀도는 낮지만, 부피가 매우 크기 때문에 지구 전체 바이오매스에서 큰 비중을 차지하고 있습니다. 이번 연구에서 흥미로운 사실은 섭씨 50도까지는 입방 센티미터당 미생물 숫자가 100개까지 감소했다가 다시 섭씨 85도까지 증가했다는 것입니다. 이는 높은 온도에 세팅된 호열성 세균과 고세균이 바다 밑 깊은 땅속에서 적응해 살아간다는 이야기입니다. 

 깊은 땅속에 살고 있는 세균은 우리가 살면서 마주칠 기회가 거의 없는 생명체입니다. 사실상 이들은 외계에 살고 있는 생명체가 다를 바 없습니다. 하지만 이들이 지구 생태계에서 차지하는 비중은 작지 않을 수 있습니다. 유기물 및 물질 순환에서 이들이 큰 역할을 담당할 수 있기 때문입니다. 하지만 이들의 역할에 대해서 우리는 아직 모르는 것이 많습니다. 앞으로 연구가 더 필요한 이유입니다. 

 또 다른 연구 목적은 얼마나 극한적인 환경에서 생명체가 살 수 있는지 알아내는 것입니다. 태양계나 혹은 다른 외계 행성 생명체 존재 가능성에 대한 해답이 여기에 숨겨져 있을지도 모릅니다. 지표에는 생명체가 없는 천체라도 지각 속 깊은 곳에는 미생물 존재할 가능성도 있는 것입니다. 

 

 참고 

https://phys.org/news/2020-12-hot-life-deep-ocean-floor.html

"Temperature limits to deep subseafloor life in the Nankai Trough subduction zone" Science (2020). science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.abd7934