석유를 생산하는 조류(藻類, algae) 발견
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2021-08-02 11:50:56
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* 단세포 해조류인 디크라테리아(Dicrateria), 탄소수 10~38개의 포화 탄화수소 사슬을 생성
* 일본 해양 연구 기관인 JAMSTEC 연구팀이 북극해에서 석유를 생산하는 단세포 해조류 발견
* 원유에서 탄화수소 혼합물을 생성할 수 있는 유기체의 첫 번째 증거
* 어둠과 질소부족에서 생산 촉진돼
원유는 가솔린, 디젤 및 기타 연료의 가장 중요한 원료 중 하나일 뿐만 아니라 화학 산업에서도 사용된다. 지금까지 포화 탄화수소 사슬의 이 혼합물은 화석 공급원에서만 얻을 수 있다. 따라서 이것의 연소는 수백만 년 전에 결합된 이산화탄소를 방출해 대기 중 CO2 증가에 기여한다.
원유와 그 파생물이 생물학적으로 생산될 수 있다면 다를 것이다.
그런 다음 연소는 이러한 유기체에 의해 환경에서 이전에 흡수된 만큼의 CO2만 방출한다.
따라서 그러한 연료는 CO2 중립적일 것이다.
예를 들어, 식물 잔류물을 합성 연료로 전환할 수 있는 일부 미생물이 있다.
디젤을 생산하는 유전자 조작 박테리아도 있다. 그러나 석유의 완전한 알칸 스펙트럼을 자연적으로 생성하는 생물은 알려지지 않았다.
석유 거품이 있는 플랑크톤 조류
일본 해양 연구 기관인 JAMSTEC의 나오미 하라다(Naomi Harada)가 이끄는 연구팀이 북극해에서 자연적으로 생물학적 석유를 생산하는 단세포 해조류를 발견했다.
Dicrateria rotunda 종의 조류는 시베리아 북부 해안의 축치 해(Chukchi Sea)에서 채취한 물 샘플에서 발견됐다. 이미 이 편모가 있는 식물성 플랑크톤에 대한 첫 번째 조사에서 세포에 기름으로 채워진 구멍이 있다는 것을 알게 됐다.
팀이 가스 크로마토그래피-질량 분석법(GC-MS)을 사용해 이러한 오일 거품의 구성을 분석했을 때 놀라운 사실이 밝혀졌다. 오일은 분지되지 않은 포화 탄화수소인 알칸의 혼합물로 구성되어 있다는 것이다.
Harada와 팀은 "그것에 대한 놀라운 점은 사슬 길이가 10~38개의 탄소 원자를 갖는 모든 직쇄 알칸이 존재한다는 것"이라고 보고했다.
가솔린에서 중유까지의 알칸
즉, 작은 해초는 석유를 구성하는 모든 알칸뿐만 아니라 일반 연료도 생산한다.
10~15개의 탄소 원자(C)의 사슬 길이는 가솔린으로, C16~C20은 디젤로, 21개 이상의 탄소 원자를 가진 사슬은 난방 및 중유로 계산된다. "이것은 원유에서 탄화수소 혼합물을 생성할 수 있는 유기체의 첫 번째 증거다"고 과학자들은 말했다.
Harada와 그녀의 동료들이 발견한 것처럼 Dicrateria 속의 다른 10종도 이 생물학적 석유를 생산할 수 있다. 이러한 유형의 조류는 중위도까지 대서양과 태평양에서 발견된다.
"연료에 대한 탄화수소의 적합성 측면에서 Dicrateria 조류는 알려진 모든 식물성 플랑크톤을 능가한다"고 과학자들은 말했다.
어둠과 질소부족에서 생산 촉진돼
이 조류가 생산하는 유기 석유의 양은 환경 조건에 따라 달라진다.
원생동물은 빛과 영양분이 풍부한 환경에서 건조물 1밀리그램당 약 12.5~79.4ng(나노그램)의 오일만을 생산했지만 수확량은 어둠 속에서 질소가 부족할 때 크게 증가했다.
“알칸 함량은 어둠 속에서 5.6배 증가했다. 질소 결핍의 경우 48배"라고 팀 보고서에 나와 있다.
따라서 플랑크톤 조류 Dicrateria는 생물학적 방식으로 원유와 그 파생물을 생산하는 방법을 열 수 있다. "Dicrateria의 독특한 능력은 n-alkanes의 생합성에 대한 새로운 접근 방식을 개발하는 데 도움이 될 수 있다"고 Harada와 동료들은 논문에 기술했다.
이제 조류 세포에서 바이오 석유의 합성 경로와 생리적 기능을 조사하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.
(Scientific Reports, 2021; doi: 10.1038 / s41598-021-93204-w)
출처: Toyohashi University of Technology
* 단세포 해조류인 디크라테리아(Dicrateria), 탄소수 10~38개의 포화 탄화수소 사슬을 생성
* 일본 해양 연구 기관인 JAMSTEC 연구팀이 북극해에서 석유를 생산하는 단세포 해조류 발견
* 원유에서 탄화수소 혼합물을 생성할 수 있는 유기체의 첫 번째 증거
* 어둠과 질소부족에서 생산 촉진돼
석유 생산하는 조류(algae) 발견
디크테리아(Dicrateria) 식물성 플랑크톤은 가솔린에서 중유까지 탄화수소를 생산한다.
흥미로운 발견:
연구원들이 북극해에서 유기 석유를 생산할 수 있는 최초의 유기체를 발견했다.
단세포 해조류인 디크라테리아(Dicrateria)는 탄소수 10~38개의 포화 탄화수소 사슬을 생성해 가솔린, 디젤 및 난방유를 구성하는 알칸을 만든다. 과학자들이 전문 잡지 "Scientific Reports"에 보고한 바와 같이 지금까지 석유에 상응하는 충분한 양을 생산할 수 있는 다른 유기체는 알려지지 않았다.
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▲ Dicrateria 속의 편모가 있는 해양 조류는 생물학적 석유를 생산하여 세포 내부에 저장한다(빨간색). © Harada et al./ Scientific Reports, CC-by-sa 4.0 |
원유는 가솔린, 디젤 및 기타 연료의 가장 중요한 원료 중 하나일 뿐만 아니라 화학 산업에서도 사용된다. 지금까지 포화 탄화수소 사슬의 이 혼합물은 화석 공급원에서만 얻을 수 있다. 따라서 이것의 연소는 수백만 년 전에 결합된 이산화탄소를 방출해 대기 중 CO2 증가에 기여한다.
원유와 그 파생물이 생물학적으로 생산될 수 있다면 다를 것이다.
그런 다음 연소는 이러한 유기체에 의해 환경에서 이전에 흡수된 만큼의 CO2만 방출한다.
따라서 그러한 연료는 CO2 중립적일 것이다.
예를 들어, 식물 잔류물을 합성 연료로 전환할 수 있는 일부 미생물이 있다.
디젤을 생산하는 유전자 조작 박테리아도 있다. 그러나 석유의 완전한 알칸 스펙트럼을 자연적으로 생성하는 생물은 알려지지 않았다.
석유 거품이 있는 플랑크톤 조류
일본 해양 연구 기관인 JAMSTEC의 나오미 하라다(Naomi Harada)가 이끄는 연구팀이 북극해에서 자연적으로 생물학적 석유를 생산하는 단세포 해조류를 발견했다.
Dicrateria rotunda 종의 조류는 시베리아 북부 해안의 축치 해(Chukchi Sea)에서 채취한 물 샘플에서 발견됐다. 이미 이 편모가 있는 식물성 플랑크톤에 대한 첫 번째 조사에서 세포에 기름으로 채워진 구멍이 있다는 것을 알게 됐다.
팀이 가스 크로마토그래피-질량 분석법(GC-MS)을 사용해 이러한 오일 거품의 구성을 분석했을 때 놀라운 사실이 밝혀졌다. 오일은 분지되지 않은 포화 탄화수소인 알칸의 혼합물로 구성되어 있다는 것이다.
Harada와 팀은 "그것에 대한 놀라운 점은 사슬 길이가 10~38개의 탄소 원자를 갖는 모든 직쇄 알칸이 존재한다는 것"이라고 보고했다.
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| ▲ 11개의 Dicrateria 종에서 생산된 사슬 길이가 다른 알칸의 양. © Harada et al./ Scientific Reports, CC-by-sa 4.0 |
가솔린에서 중유까지의 알칸
즉, 작은 해초는 석유를 구성하는 모든 알칸뿐만 아니라 일반 연료도 생산한다.
10~15개의 탄소 원자(C)의 사슬 길이는 가솔린으로, C16~C20은 디젤로, 21개 이상의 탄소 원자를 가진 사슬은 난방 및 중유로 계산된다. "이것은 원유에서 탄화수소 혼합물을 생성할 수 있는 유기체의 첫 번째 증거다"고 과학자들은 말했다.
Harada와 그녀의 동료들이 발견한 것처럼 Dicrateria 속의 다른 10종도 이 생물학적 석유를 생산할 수 있다. 이러한 유형의 조류는 중위도까지 대서양과 태평양에서 발견된다.
"연료에 대한 탄화수소의 적합성 측면에서 Dicrateria 조류는 알려진 모든 식물성 플랑크톤을 능가한다"고 과학자들은 말했다.
어둠과 질소부족에서 생산 촉진돼
이 조류가 생산하는 유기 석유의 양은 환경 조건에 따라 달라진다.
원생동물은 빛과 영양분이 풍부한 환경에서 건조물 1밀리그램당 약 12.5~79.4ng(나노그램)의 오일만을 생산했지만 수확량은 어둠 속에서 질소가 부족할 때 크게 증가했다.
“알칸 함량은 어둠 속에서 5.6배 증가했다. 질소 결핍의 경우 48배"라고 팀 보고서에 나와 있다.
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| ▲ BODIPY 및 Chl.a의 세포 크기 및 형광에 대한 성장 조건의 영향. (a,b) 4가지 다른 배양 조건에서 성장한 ARC1 균주에서 Chl.a의 형광을 모니터링했다. 20°C에서 연속광(적색); 20 °C에서 계속 어두워짐(녹색); 4 °C에서 연속 조명(노란색); 및 20°C(파란색)의 질소 결핍 조건에서 연속 조명. 오차 막대는 삼중 실험의 표준 편차를 나타낸다. (c-e) ARC1 균주의 세포 크기(c) 및 BODIPY(d) 및 Chl.a(e) 형광 강도의 유세포 분석기 분석. (f) 4가지 다른 성장 조건에서 ARC1 균주의 빛(위쪽) 및 형광성(아래쪽) 현미경 관찰. 청색광 여기에서 각각 Chl.a 및 BODIPY의 적색 및 녹색 형광이 검출됐다. (출처: 관련논문 A novel characteristic of a phytoplankton as a potential source of straight-chain alkanes) |
따라서 플랑크톤 조류 Dicrateria는 생물학적 방식으로 원유와 그 파생물을 생산하는 방법을 열 수 있다. "Dicrateria의 독특한 능력은 n-alkanes의 생합성에 대한 새로운 접근 방식을 개발하는 데 도움이 될 수 있다"고 Harada와 동료들은 논문에 기술했다.
이제 조류 세포에서 바이오 석유의 합성 경로와 생리적 기능을 조사하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.
(Scientific Reports, 2021; doi: 10.1038 / s41598-021-93204-w)
출처: Toyohashi University of Technology
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