연구 배경은?
- 긴 남극의 여름이 끝나고 약 2개월의 짧은 여름이 되면, 바다를 덮고 있던 해빙이 녹으면서 비로소 해양이 태양 빛에 노출됩니다. 따라서 겨울 내내 축적된 풍부한 영얌염을 이용해 식물플랑크톤의 폭발적인 성장이 일어나게 됩니다.
- 이때 지구상의 다른 바다에서는 보기 드물 정도로 높은 광합성이 일어나며 대기의 이산화탄소를 고정하게 됩니다.
- 서남극해의 아문젠해역에서는 짧은 여름이 끝날 무렵에 플랑크톤이 사라지면서 고정됐던 대부분의 탄소가 다시 대기로 방출된다는 사실이 최근 연구에서 밝혀지고 있습니다.
- 일반 해양에서는 광합성으로 고정됐던 상당 부분의 탄소가 심해로 흘러들어가 대기로부터 탄소 격리 현상이 일어나고 온난화를 감소시키는 데 기여하는 것을 고려하면, 서남극해의 이러한 현상은 흥미롭습니다.
- 이러한 과정은 남극의 해양에 존재하는 미지의 미생물에 의해 발생하고 있습니다.
해양 식물 플랑크톤?
- 해양 식물 플랑크톤은 광합성으로 대기 중 이산화탄소를 고정(흡수)해 온실가스 농도를 낮추는 중요한 역할을 합니다.
- 식물 플랑크톤이 1차 생산한 유기물은 해양 표층에서 미생물에 의해 분해돼 대기 중 이산화탄소로 방출되거나 심해저로 운반돼 대기와 격리됩니다.
- 일반적으로 해양은 식물 플랑크톤에 의해 1차 생산된 유기물이 심해로 격리되는 비율이 높지만, 남극 해양은 이들 유기물 대부분 미생물로 인해 분해돼 다시 이산화탄소로 방출되는 특징을 보입니다.
- 또한 남극 해양은 여름철 기온 변화로 식물 플랑크톤의 종류와 활성이 급변하고 이에 따라 탄소를 분해하는 미생물 군집도 변화합니다. 이러한 현상은 남극 해양에 존재하는 미생물에 의한 것으로 추정됐지만 남극 해양의 저온 미생물은 배양이 어려워 원인규명이 어려웠습니다.
뭘 발견했나?
- 지구 탄소 순환 이해의 단초가 될 남극 해양의 탄소 순환 원리가 확인됐습니다.
- 충북대학교 이성근 교수 연구팀이 남극해역 식물플랑크톤의 번성ㆍ소멸과 탄소 순환에 관여하는 미생물 군집의 종류를 밝히고 관련 기작을 규명했습니다.
- 이 연구 결과는 미생물 분야 국제학술지 <마이크로바이옴>에 게재됐습니다.
어떻게 조사했나?
- 연구팀은 기존의 미생물 배양방법 대신 해양 미생물 군집 전체에서 DNA를 추출해 각각의 미생물 유전체를 재구성하는 메타유전체 기술을 이용했습니다.
- 연구팀은 메타유전체 기술로 서남극 해역에서 탄소순환에 관여하는 핵심 미생물의 유전체를 재구성했습니다.
- 이 방법을 통해 남극의 해양에서만 서식하는 특이적인 미생물의 종류와 대사 경로를 추정할 수 있었습니다.
특이한 점은?
- 연구팀은 미생물 유전자 발현체를 분석해 식물플랑크톤 번성 시기에 따라 관여하는 핵심 미생물의 종류가 달라진다는 사실을 밝혀냈습니다.
- 미생물 군집의 변화는 여름철 식물플랑크톤이 만드는 유기물 종류의 변화에 따른 것임을 확인했습니다. 이로써 남극해역 미생물과 이들이 관여하는 탄소순환 원리를 규명할 수 있었습니다.
이 연구가 왜 중요할까?
- 남극 해양 전체에서의 기후 변화와 미생물에 의한 탄소 순환과의 상호 작용 이해에 중요한 기여를 할 수 있을 전망입니다.
- 남극 해양생태계에서 식물플랑크톤이 고정한 탄소의 심해 격리를 위한 예측과 기술개발 연구에 기여할 수 있을 것입니다.
"식물 플랑크톤이 번성하고 소멸하는 과정에서 생산된 유기물의 분해에 관련된 미생물의 유전체 및 대사경로를 밝혀 지구의 탄소 순환을 이해하는 기반을 마련했습니다. 남극 해양생태계에서 식물플랑크톤이 고정한 탄소를 심해로 격리하는 기술개발 등 새로운 가능성 창출에 기여할 수 있을 것입니다"
-이성근 교수-
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