지구 미생물, 우주환경서 ‘대량 번식’

‘M 세둘라’ 운석과 상호작용해 에너지 생성

돌이나 흙 등 광물 속에서 무기물을 먹고사는 미생물이 있다.

‘메탈로스페에라 세둘라(Metallosphaera sedula)’란 미생물이 그것인데 이들은 광산에서 황화금속을 산화시켜 필요한 에너지를 얻는다.

과학자들은 그동안 이 미생물의 대사와 관련된 연구를 진행해왔다. 그리고 최근 이 단세포 원핵생물이 지구  밖에서 날라 온 운석(meteorites) 안에서 대량 서식이 가능하다는 사실을 알아냈다.

지구에서 살고 있는 미생물이 우주 환경인 운석 안에서 지구에서보다 더 빨리 번식한다는 사실이 최근 연구 결과 밝혀졌다. 사진은 운석에서 번식 중인 ‘메탈로스페에라 세둘라’. ⓒMilojevic et al.

지구에서 살고 있는 미생물이 우주 환경인 운석 안에서 지구에서보다 더 빨리 번식한다는 사실이 최근 연구 결과 밝혀졌다. 사진은 운석에서 번식 중인 ‘메탈로스페에라 세둘라’. ⓒMilojevic et al.

지구를 벗어나 번성할 수 있다는 사실 확인 

운석은 우주공간으로부터 온 암석이다.

그런 만큼 지구상의 암석과 구별되는 여러 가지 특징을 지니고 있다. ‘메탈로스페에라 세둘라’가 운석 안에서 번식할 수 있다는 것은 지구가 아닌 외계 환경에서도 적응할 수 있다는 것을 의미한다.

이번 연구를 진행한 곳은 오스트리아 수도 빈에 있는 빈 대학이다. 이 대학 연구진은 지구 생물이 외계에서 살아나갈 수 있는지 그 가능성을 찾아내기 위해 독일 막스플랑크연구소 등과 함께 국제 공동 연구를 진행해왔다.

그리고 이 미생물이 운석 안에서 대량 서식할 수 있다는 사실을 확인했다.

논문은 지난주 ‘네이처’ 자매지 ‘사이언티픽 리포트’에 게재됐다. 했다. 제목은 ‘Exploring the microbial biotransformation of extraterrestrial material on nanometer scale’이다.

연구진은 논문을 통해 그동안 미생물과 운석에 있는 무기물 간 산화‧환원 반응에 깊은 관심을 갖고 연구를 진행해왔다고 말했다.

특히 광산에서 발견되는 ‘메탈로스페에라 세둘라’가 운석 안에서 어떤 상호작용을 하는지 나노 차원에서 정밀한 관찰을 진행해왔다고 말했다. 서식을 위해 사용한 운석은 2000년 북아프리카에서 발견한 운석 ‘NWA 1172’이다.

그리고 이 미생물이 가용성이 강한 니켈 이온(Ni ions)을 사용해 운석 안에 있는 금속 물질을 용해가 손쉬운 금속물질로 변화시키고 있는 사실을 확인했다.

연구팀은 또 이 니켈 이온이 운석 안의 금속물질과 어떤 식으로 상호작용해 에너지를 생성할 수 있는지 그 과정을 추적해 무기물을 통해 생체 변형(biotransformation)을 하고 있다는 사실을 확인할 수 있었다.

지구 및 우주 생명체 연구 위해 중요한 자료

생물 중에는 ‘메탈로스페에라 세둘라’처럼  황화수소‧황‧암모니아‧아질산‧수소‧철 등의 무기화합물을 산화시켜 에너지를 얻고 있는 미생물들이 있다.

화학합성무기영양생물(chemolithotrophs)이라고 하는데 철분을 산화시켜 에너지를 얻는 ‘렙토스퍼릴륨 페록시던스(Leptospirillum ferrooxidans)’, ‘애씨디싸이오바실러스 페로악시댄스(Acidithiobacillus ferrooxidans)’를 예로 들 수 있다.

그러나 연구팀이 ‘메탈로스페에라 세둘라’를 선택한 것은 이 미생물이 고열과 산에 잘 견디는  호혈호산성생물(thermoacidophile)이기 때문이다.

이 미생물의 능력은 이전에도 널리 인정받고 있었다. 광산에서는 이미 오래전부터 석탄으로부터 황화철을 제거하기 위해 이 미생물을 사용하고 있었고, 에너지 분야에서는 이 미생물을 활용, 바이오에너지를 개발하고 있었다.

‘메탈로스페에라 세둘라’가 서식할 장소로 운석 20년 전에 발견한 ‘NWA 1172’을 선택한 것은 그 안에 다양한 금속물질을 포함하고 있어 무기물을 먹고사는 미생물이 서식하기에 적합하다고 판단했기 때문이다.

연구팀은 ‘NWA 1172’에 ‘메탈로스페에라 세둘라’을 투입했다. 그리고 같은 시간에 지구에서 채굴한 황동석에도 같은 미생물을 투입한 후 첨단 현미경으로 변화를 관찰했다.

실험 결과는 놀라웠다.

빠른 속도로 이 미생물이 번식하기 시작했는데 비교를 위해 황동석에 투입한 같은 미생물보다 훨씬 더 빠른 번식이 이루어지고 있었다.

‘메탈로스페에라 세둘라’는 매우 영리한(clever) 방식으로 생명활동을 지속해나가고 있었다. 작은 몸체 안에서 거품을 뿜어내고 있었는데 연구팀은 무기물을 분해하면서 촉매 반응을 돕고 있는 것처럼 보였다고 말했다.

연구에 참여한 빈 대학의 우주생물학자 테트야나 밀로예비크(Tetyana Milojevic) 교수는 “이 미생물이 운석에서 더 맛있는 식사를 하고 있는 것처럼 보였다.”고 말했다.

‘메탈로스페에라 세둘라’는 또 운석은 물론 다른 우주 암석들을 연구하는 데 도움을 줄 수 있는 흔적을 남겨놓았다.

교수는 이런 생물학적 증거들이 지구 생성 초기 생명체의 근원을 밝히는 생물지구과학(biogeochemistry)은 물론 우주 암석을 대상으로 한 우주 생물체 연구에 큰 도움을 줄 수 있을 것으로 기대하고 있다.

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