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연구정보

Korea Institute of Ocean Science & Technology

오키나와(沖?)트로프 심해저 밑에서 액체이산화탄소 풀(pool)을 발견- 이산화탄소와 메탄 등을 영양원으로 하는 극한환경미생물이 생식

  • 조회 : 8885
  • 등록일 : 2007-07-27

일본 해양연구개발기구(JAMSTEC) 홈페이지 Press Release에 게재된 “오키나와 트로프 심해저 밑에서 액체이산화탄소 풀(pool)을 발견- 이산화탄소와 메탄 등을 영양원으로 하는 극한환경미생물이 생식”을 번역 게재함.


2006.08.28

일본 독립행정법인 해양연구개발기구(JAMSTEC)



개   요

 해양연구개발기구 극한환경생물권연구센터 지각내 미생물연구프로그램의 이나가키 후미오(?垣史夫) 서브리터팀은 홋카이도(北海道)대학 · 큐슈(九州)대학 · 오카야마(岡山)대학 · 산업기술종합연구소 및 독일 막스플랑크해양미생물학연구소와 공동으로 해양연구개발기구의 유인잠수조사선 「신카이 6500」을 사용하여 오키나와트로프 남부에 있는 열수활동역을 조사하였고 열수분출공 근방의 퇴적물 속에 메탄과 유황을 함유한 액체이산화탄소 pool을 발견하였다. 또한 그곳에서 채취한 퇴적물 등의 해석으로 메탄과 이산화탄소 · 유황화합물 등을 영양원으로 하는 극한환경미생물이 생식하고 있다는 것을 발견하였다. 본 연구성과는 극한환경에서의 생태계의 이해뿐만 아니라 온실효과가스의 해양투기계획과 화성의 극관부 1) 에서의 생명존재의 가능성을 의론하는데 있어 매우 중요한 발견이다.

 

 본 연구결과는 8월 28일 「미국과학아카데미(Proceedings of the National Academy of Sciences of U.S.A)」온라인판에 게재되어있다.


배   경

 심해에서의 저온 · 고압환경 하에서는 이산화탄소는 액상화되어 해수와 반응하는 것으로 하이드레이트라 불리는 결정을 형성한다. 해저에서 액체 이산화탄소가 용출하고 있는 예는 세계적으로도 드물고 지금까지 중부 오키나와트로프의 이제나(伊是名)해구의 열수활동역과 북부 마리아나호(弧) 氷福해산에서 확인되었지만 이와 같은 극한적 환경에서의 미생물 생태계를 연구한 예는 없다.

 최근 각국이 온실효과가스의 삭감에 힘쓰는 한편 인공적으로 이산화탄소를 해양

 

투기하는 계획이 IPCC( 기후변동에 관한 정부 간 패널 : Intergovernmental Panel of Climate Change) 등에 의해 제안되고 있다. 또한 화성의 극관부는 고체 이산화탄소와 얼음으로 형성되어 있고 그 지하에는 생명이 존재할 가능성이 지적되고 있다.

 

 이와 같이 이산화탄소와 관련된 연구가 주목받고 있고 심해에서의 액체이산화탄소환경 연구는 여러 분야로의 시사를 주고 있다고 생각되고 있다.


연구 방법

 해양연구개발기구는 2003년과 2004년에 남부오키나와트로프 제4요나구니(?那?))해구 열수활동역(수심 1370-1385m)(그림 1)에서 「신카이 6500」을 통한 조사를 실시하여 분출열수, 해저에서 용출한 액체이산화탄소, 퇴적물 등을 채취하여 미생물학적 ·  지구화학적 특성에 대해 여러 해석을 실시하였다.


연구 결과

열수활동역과 이산화탄소 pool :

「신카이 6500」을 통한 관찰에 의해 제4요나구니해구 열수활동역의 중심은 300℃를 넘는 열수를 분출하고 있는 봉우리라는 것이 밝혀졌다(그림2(A)). 그 주위에는 200℃전후의 열수분출공과 액체 이산화탄소 용출이 관찰되었다(그림2(B)). 또한 이곳으로부터 남쪽으로 50m정도 떨어진 지점에서 하얗게 얼룩모양으로 변색되고 저성생물이 부족한 지역을 확인하였다(그림2(C)). 이 지역에 「신카이 6500」이 착지하자, 착지 충격에 의해 해저 밑에서 세어 나오는 액체이산화탄소 용출이 확인되어 35cm의 주상채니기를 해저에 꽃은 다음 빼내자 해저 밑에서 대량의 액체이산화탄소가 용출하였다(그림2(D)).

 이 환경에서는 해저표층에 열수의 가스성분에서 유래하는 액체 또는 하이드레이트 상태의 이산화탄소가 pool 상태로 존재한다는 것이 밝혀졌다.


퇴적물 해석 :

 액체이산화탄소 및 하이드레이트를 함유한 퇴적물로부터 직접 DNA을 추출하여 미생물유전자의 염기배열을 해석한 결과 메탄과 이산화탄소 · 유황화합물 등을 소비하는 미생물계통이 검출되었다. 또한 이산화탄소를 영양원으로 하는 효소의 유전자와 메탄을 산화하는 대사경로의 효소 유전자도 검출되었다. 이들 퇴적물에서 추출된 미생물의 지방분과 탄소동위체의 화학분석 등에서 퇴적물 속의 미생물이 메탄 또는 이산화탄소를 주 영양원으로 생식하고 있다는 것이 밝혀졌다.


정   리

 본 해역에서는 해저 밑의 가스성분이 심해저 열수활동에 의해 퇴적물로 이동하고 해수와의 반응을 통해 해저표층에 유황성분이 풍부한 하이드레이트를 형성하여 표층퇴적물 속에 액체이산화탄소 pool을 가둬두고 있다고 예상된다(그림 3). 액체이산화탄소를 함유한 심해저퇴적물이라는 환경은 생명에게 있어 확실히 가혹한 극한환경이라 생각되지만 일반적인 해저면의 1/100정도의 세포 수라 하더라도 생명의 존재와 그 생태계가 처음으로 확인되었다. 검출된 미생물의 대부분은 이산화탄소와 메탄 등의 지구온난화의 원인물질을 영양원으로 하고 있다고 예상된다.

 이 해역은 극한적인 자연환경을 이해할 뿐만 아니라 온실효과가스의 해양투기계획과 생물학 · 화학 · 혹성과학 등의 여러 연구분야에서도 드문 연구대상일 것이라 생각된다.



그림 1) : 오키나와트로프 남부에 있는

 

 제4요나구니(?那?)) 해구 열수활동역의 위치

 

 


그림 2 : 제4요나구니( 那?)) 해구 열수활동역의 모습

(A) 제4요나구니해구 열수활동역의 중심, 타이거 침니 마운드.

(B) (A) 주변에서 발견된 열수분출공. 그리스탈침니라 명명되었다. 열수침니 근방에 퇴적물로부터 용출된 액체의 이산화탄소가 관찰되었다(화살표).

(C) 해저가 하얀 얼룩모양으로 변색되어 있는 지역. 저성생물이 적고 퇴적물 내에 이산화탄소가 존재한다.

(D) 주상 채니기를 꽃은 다음 뽑아내자 대량의 액체이산화탄소의 용출이 확인되었다.


그림 2) : 제4요나구니(?那?)열수활동시스템과 액체이산화탄소 pool에서의 극한환경미생물 모식도

 


1) 극관부(極冠部) : 화성의 북극과 남극부분. 최근의 NASA의 조사에 의해 고체인 이산화탄소와 얼음으로 되어있다는 것이 밝혀져 생명에 유해한 적외선 등을 막는 역할이 있다고 예상된다.

 

2007-07-27

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2018-11-05