알래스카 영구동토층 십만년, 만년전을 잠잔 미생물이 깨어났다!

연구진은 마지막 빙하기까지 거슬러 올라가는 영구동토층 미생물을 다시 활성화했습니다. (사진 제공: 트리스탄 카로)

 
과학 연구진이 알래스카 영구동토층permafrost 샘플을 채취해 다양한 온도에서 배양한 결과, 마지막 빙하기 미생물이 재활성화해서 탄소 분해를 재개할 수 있다는 놀라운 사실을 발견했다.

새로운 연구에 따르면 북극의 여름이 훨씬 길어질 경우 최대 4만 년 동안 영구동토층에 머물러 있던 미생물이 "다시 깨어나reawaken" 온실가스greenhouse gases를 배출할 수 있다고 한다. 

9월 23일 지구물리학 연구 저널: 지구과학(Journal of Geophysical Research: Geosciences)에 발표된 연구에 따르면, 마지막 빙하기(260만 년에서 1만 1,700년 전) 이후 휴면 상태에 있던 미생물들은 미래의 기후 조건에서 몇 달 만에 다시 활성화할 수 있다.

과학자들은 미생물이 일 년 중 일부 기간만이라도 활동한다면 영구동토층 해빙과 지구 온난화를 가속화하는 피드백 루프feedback loop가 발생할 수 있다고 경고한다. 

영구동토층은 토양, 암석, 얼음이 섞인 지역으로, 최소 2년 이상 얼어붙어 있다.

뜨거운 기온은 활동층으로 알려진 영구동토층 최상층을 녹일 수 있지만, 고대 미생물은 훨씬 더 깊은 곳에 숨어 있으며, 온도가 상당히 상승하고 장기간 지속될 때만 녹는 층이다.

이번 연구를 위해 연구진은 영구동토층이 국토 85%를 차지하는 알래스카로 향했다. 

"알래스카의 여름에는 단 하루 더운 날이 있을지도 모르지만, 더 중요한 것은 이 따뜻한 기온이 가을과 봄까지 이어지는 여름철의 연장이다"고 캘리포니아 공과대학 지구생물학 박사후 연구원인 트리스탄 카로Tristan Caro 연구원은 성명을 통해 밝혔다.

카로와 동료들은 페어뱅크스Fairbanks 인근 영구동토층 연구 터널Permafrost Research Tunnel에서 샘플을 채취했다.

이 터널은 지하 15미터(50피트) 깊이에 위치하며 영구동토층까지 107미터(350피트) 이상 뻗어 있어, 플라이스토세 후기(129,000년에서 11,700년 전)의 생명체를 엿볼 수 있는 기회를 제공한다. 
 

알래스카 영구동토 연구 터널은 미 육군 공병대가 운영 및 관리한다. (이미지 출처: 트리스탄 카로)

연구진 목표는 이 시기에 산 미생물의 소생과 성장 속도를 측정하는 것이었다.

하지만 성명에 따르면, 카로가 터널에 들어서자 얼음 벽에서 매머드와 들소 뼈가 튀어나와 있는 것을 발견했다.

콜로라도 볼더 대학교 대학원생 시절 이 연구를 진행한 카로는 "거기에 들어서면 가장 먼저 눈에 띄는 건 정말 고약한 냄새"라고 말했다.

"미생물학자에게는 매우 흥미로운 일이죠. 흥미로운 냄새는 종종 미생물에서 나는 것이기 때문입니다."

연구실로 돌아온 연구진은 비정상적으로 무거운 수소 원자heavy hydrogen atom(중수소deuterium라고도 함)가 포함된 물에 샘플을 담갔다.

그런 다음 화씨 25도, 39도, 54도(섭씨 영하 4도, 4도, 12도)로 설정된 냉장고에 샘플을 넣고 미생물 활동의 변화를 정기적으로 관찰했다.

카로는 "이러한 온도가 영구동토층의 더 깊은 곳까지 도달하는 미래의 기후 조건에서 알래스카의 여름에 어떤 일이 일어나는지 시뮬레이션하고 싶었다"고 말했다.

실험을 시작한 지 한 달이 지났지만, 연구팀은 더 따뜻한 두 샘플에서도 큰 변화를 발견하지 못했다.

소수 미생물이 긴 잠에서 깨어났지만, 매일 새롭고 활동적인 세포로 교체되는 세포는 0.001%에서 0.01%에 불과했다.

그러나 그 후 몇 달 동안 모든 것이 바뀌었다.

샘플에 포함된 중수소를 통해 연구진은 미생물이 세포 주변에 지방막fatty membranes을 형성하는 데 얼마나 많은 물을 소비했는지 추적할 수 있었다.

이를 통해 고대 생물이 당지질glycolipids이라는 지방산fatty acids을 우선적으로 생성했음이 드러났는데, 연구진은 이 지방산이 냉동 보존에 관여할 것으로 추정한다.

연구에 따르면, 실험 6개월 후 섭씨 1도(섭씨 39도)와 섭씨 14도(섭씨 54도)에서 배양된 미생물들은 군집 구조와 활동 수준에 "극적인" 변화를 겪었다.

샘플의 다양성은 활동적인 영구동토층보다 낮았지만, 미생물들은 현대 미생물들만큼 활동적이었으며, 육안으로도 볼 수 있는 바이오필름biofilms이라는 끈적끈적한 구조물을 생성하기도 했다.

카로는 "이것들은 결코 죽은 샘플이 아니다"고 말했다.

이 결과는 북극과 지구 기후에 더 광범위하게 영향을 미친다.

영구동토층 미생물들은 유기물을 먹고 생존하며, 이를 이산화탄소와 메탄으로 전환하기 때문이다.

북극의 지구 기온은 세계 어느 곳보다 빠르게 상승하고 있으며, 이로 인해 영구동토층은 놀라운 속도로, 그리고 그 기간도 점점 더 길어지고 있다.

북극의 여름이 길어지고 깊은 층 기온이 상승함에 따라 고대 미생물 군집이 깨어나 탄소를 배출하기 시작할 수 있다.

북부 지역 영구동토층은 현재 지구 대기의 약 두 배에 달하는 탄소를 보유하고 있기 때문에 대규모 방출은 기후 변화에 상당한 영향을 미칠 수 있다.

이는 영구동토층의 해빙을 가속화하여 온난화, 더 많은 해빙, 그리고 더 많은 온난화의 악순환을 촉발할 것이다.

콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스 지질학과 부교수이자 연구 공동 저자인 세바스찬 코프Sebastian Kopf는 성명에서 "기후 반응에 있어 가장 큰 미지수 중 하나다"고 말했다.

"엄청난 양의 탄소가 저장되어 있다는 것을 알고 있는 이 모든 동토층이 해빙된다면 이 지역의 생태계와 기후 변화 속도에 어떤 영향을 미칠까요?"

하지만 이 연구는 한 지역의 고대 미생물만을 조사했으며, 다른 지역 미생물은 온난화에 다르게 반응할 수 있다고 연구진은 지적했다.

카로는 "알래스카, 시베리아, 그리고 다른 북부 한랭 지역에는 전 세계에 매우 많은 영구동토층이 있다"고 말하며, "우리는 그중 극히 일부만을 표본으로 수집했을 뿐"이라고 덧붙였다.

 

영구동토층 관련 아티클은 아래 모음 참고 

 

https://historylibrary.net/search/%EC%98%81%EA%B5%AC%EB%8F%99%ED%86%A0%EC%B8%B5

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