영구동토층 미생물을 이해하면 기후변화 속도를 알 수 있다는 연구가 나왔다.

영구동토층(permafrost)이 녹으면서 미생물 등의 활동으로 생성되는 온실가스 방출량을 측정해 향후 100년 간의 지구온난화율을 정확히 예측할 수 있다는 것이다.

호주 퀸즈랜드대와 미국 오하이오주립대팀이 이끄는 국제연구팀은 영구동토층에 함유된 탄소를 분해하는 미생물계와 생물지구화학적 변화가 온실가스 방출 비율을 높이는 것으로 나타났다고 16일자 과학저널 ‘네이처’(Nature)와 ‘네이처 미생물’(Nature Microbiology) 및 ‘국제미생물생태학회 저널’(ISME Journal)에 발표했다.

“영구동토층 해동은 미생물에게 만찬 제공”

‘네이처’ 지에 연구내용을 발표한 퀸즈랜드대 화학 및 분자생물과학대 벤 우드크로프트(Ben Woodcroft) 박사는 “지구 기온이 올라감에 따라 연중 얼어 붙어있던 영구동토층에 격리된 막대한 양의 탄소가 미생물 분해에 이용될 수 있게 되었다”고 밝혔다.

그는 “지금까지 영구동토층 해동으로 생성된 온실가스 방출량에 대한 정확한 예측은 영구동토층 미생물계와 이들의 탄소 대사에 대한 이해 부족으로 한계가 있었다”고 말했다.

논문 시니어저자인 미국 오하이오주립대 버지니아 리치(Virginia Rich) 조교수는 영구동토층이 녹아가면서 이 속에 있는 미생물에게는 마치 만찬이 준비되는 것과 같다고 비유했다.

리치 교수는 “전지구적 기후변화 때문에 엄청난 양의 영구동토층이 빠르게 데워지고 있어 미생물에게는 이것이 닭고기가 가득한 냉장고와 같다”며, “미생물들은 영구동토층 안에 있는 탄소 등의 먹이를 먹고 메탄을 뿜어내며, 메탄은 이산화탄소에 비해 많게는 33배에 이르는 환경 파괴를 일으킨다”고 말했다.

새 미생물 1500개체 이상 DNA 분석

연구팀은 퀸즈랜드대 진 타이슨(Gene Tyson) 교수가 개발한 시퀀싱 기술을 이용해 스웨덴 북부의 해동됐거나 녹고 있는 온전한 영구동토층에서 200개 이상의 표본을 수집해 분석했다.

이에 따라 복잡한 생화학 네트워크에 관련된 새로운 미생물 1500개체 이상의 DNA 염기서열이 복원되었다.

퀸즈랜드대 슈퍼컴퓨터로 새로운 메타유전체학 소프트웨어를 가동시켜 분석한 결과 온실가스 생성에는 완전히 새로운 수많은 미생물종이 관여하고 있는 것으로 나타났다. 1900종의 새로운 바이러스도 발견됐다.

오하이오주립대 미생물학과 매트 설리번(Matt Sullivan) 교수는 “지난 수십년 동안 해양 바이러스에 관해서는 많은 것이 알려졌지만 토양 바이러스에 대해서는 잘 알지 못한다”며, “이번 연구에서 확인된 바이러스들은 매우 새로운 것이어서 전세계의 알려진 바이러스 목록을 두 배로 늘렸다”고 말했다.

영구동토층 해동-메탄 방출 순환고리 형성

논문 공동제1저자인 퀸즈랜드대 케이틀린 싱글튼(Caitlin Singleton) 박사과정생은 영구동토층이 전 지구 토양 탄소의 약 50%인 1조5800억톤을 저장하고 있다고 말했다.

기후변화에 관한 정부간 협약에 따르면 2100년까지 지구 표면 영구동토층 가운데 33~99%가 사라질 것으로 예측된다.

싱글튼 연구원은 “북부 영구동토층 습지는 전세계 메탄 방출에서 상당히 큰 부분을 차지한다”며, “그 이유는 특히 영구동토층 붕괴로 인해 메탄 생성 미생물(methanogens)과 이들의 대사 파트너가 번성할 수 있는 완벽한 혐기 조건이 만들어질 수 있기 때문”이라고 설명했다.

그는 “메탄은 대기에 태양복사열을 가두는 효과가 이산화탄소보다 25배나 높은 강력한 온실가스이기때문에 이 같은 사실은 매우 중요하다”고 강조했다.

싱글튼 연구원은 영구동토층이 녹으면서 메탄 방출량이 증가하고, 이로 인해 온난화된 대기는 다시 영구동토층을 더 많이 해동시키는 순환고리를 형성한다고 지적했다.

“메탄 먹는 미생물도 늘어날 것”

버지니아 리치 교수는 “미생물들이 온실가스 방출을 완화시킬 수 있는 방법이 존재할 것”이라며, “여기에는 환경을 보호할 수 있는 미생물 활동을 장려해 영구동토층 지역을 ‘비옥하게’(fertilize)하는 방법도 포함된다”고 말했다.

실제로 영구동토층 미생물군에 관한 모든 것이 나쁜 뉴스만은 아니다. 메탄영양체(methanotrophs)로 불리는 일부 미생물은 땅 속에 있는 메탄이 공기로 방출되기 전에 이를 소비하기 때문에 환경에 유익하다.

리치 교수는 “환경조건이 온난 다습해지며 미생물들도 변화하고 메탄을 소비하는 일부 미생물들도 늘어날 것”이라고 전망했다.

이번 연구에는 호주 퀸즈랜드와 미국 오하이오대를 비롯해 로체스터 기술연구소, 플로리다주립대, 태평양 북서국립연구소, 뉴햄프셔대, 스톡홀름대와 애리조나대 연구팀이 논문 공저자로 참여했다.