공기만으로 생존하는 박테리아, 지구 온난화 해결 열쇠 지녔다

박테리아로 흔히 부르는 세균은 질병의 원인이 되거나 비위생적인 곳에서 발생하는 종들이 있어 대개 나쁘다는 인식이 있지만, 동식물이 살아가는 데 꼭 필요한 존재이기도 하다. 장내 소화를 돕는 것도, 나무가 땅속에서 얻는 질소를 공급하는 것도 바로 이들 박테리아이기 때문이다. 즉 박테리아는 지구의 영양분을 순환하도록 하는 데 큰 역할을 하고 있는 것이다.

그런데 이런 박테리아는 놀라울 정도로 극한인 환경에서도 살아나갈 힘을 지녔다. 남극의 토양에서 발견됐던 한 박테리아는 영양분이 없는 곳에서도 공기만으로 생존할 수 있다. 특히 이들 박테리아는 현재 인류의 가장 큰 고민거리인 지구 온난화 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 수 있는 것으로 밝혀졌다.

공기를 먹이로 삼는 이 박테리아가 몇 년 전 발견된 남극의 토양은 영양분이 극단적으로 적은 환경이다. 이에 따라 호주 뉴사우스웨일스대(UNSW)의 미생물학자 벨린다 페라리 박사가 이끄는 연구진은 이 새로운 미생물의 탄소 고정(carbon fixation) 과정에 의존하는 생태계가 존재하리라 추정했다.

연구 결과, 이들 박테리아는 대기 중의 수소 가스를 받아들여 산화함으로써 대기 중의 이산화탄소를 탄소로 바꾸는 능력을 갖고 있는 것으로 나타났다.

즉 이들 미생물이 유발하는 대기 화학합성(atmospheric chemosynthesis)이라고 불리는 과정은 광합성이나 지열 화학합성(geothermal chemotrophy)을 조합해 무기물에서 생명체에 꼭 필요한 유기물을 생성하는 것이었다. 이는 얼음에 갇힌 열악한 환경 속에서 몇 안 되는 생물에게 에너지를 공급하는 중요한 역할을 하는 것으로 생각할 수 있다. 그리고 이번 새로운 연구에서는 이 박테리아가 남극 외에도 북극이나 티베트 고원 등 두꺼운 얼음층에 갇혀 있는 땅이 존재할 가능성이 제기됐다.

이들 연구자는 얼음으로 덮여 있지 않은 14개의 장소에서 122개의 토양 표본을 수집해 분석했다. 이들의 조사 목적은 대기 화학합성에 연관성 있는 유전자를 찾아내는 것이다.

이곳은 정기적인 동결과 융해라는 주기를 갖고 있어 자외선이 강하고 수분과 탄소 그리고 질소가 극단적으로 낮은 환경이다. 이런 장소에서는 광합성을 하는 미생물마저 존재하는 사례는 매우 드물다. 그런데도 이들 연구자는 이런 모든 장소에서 원하는 유전자를 풍부하게 발견할 수 있었다.

따라서 연구진은 대기 중의 탄소를 직접 영양원으로 바꾸는 이들 미생물의 식사법은 우리가 생각하는 것보다 훨씬 널리 대중적일 수 있다고 보고 있다. 즉 우리가 아직 모르는 잠재적인 탄소 흡수원이 극한의 환경 아래 존재하고 있을지도 모르는 것이다.

이 연구는 또 이들 미생물의 대기 화학합성이 지구 규모의 탄소 평형에 공헌하고 있는 것을 보여준다. 이에 대해 연구진은 지구 온난화의 영향으로 영양분이 부족한 혹한의 땅에서 이런 미생물이 증가하고 있을 가능성이 있다고 설명했다.

다만 연구는 아직 일부 토양 조사에만 한정돼 있고, 이들 미생물이 전 세계적으로 활동하는 존재인지 아닌지를 확인한 것은 아니다. 따라서 이를 밝히려면 앞으로 추가 연구가 필요하다고 이들 연구자는 말했다.

자세한 연구 결과는 국제 학술지 ‘프론티어스 인 마이크로바이올로지’(Frontiers in Microbiology) 최신호(8월 12일자)에 실렸다.

윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr