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박테리아와 고세균(Archaea,古細菌:단세포로 되어 있는 미생물의 한 종류)이 놀랄만큼 집요한 곳
고에너지 탄소 화합물은 미생물이 분해하여 생명의 에너지를 얻는 데 사용된다.
"고열 친화성"으로 알려진 일부 고세균(Archaea)종, 특히 내열성을 갖고 있는 다양한 미생물을 발견. 최대 500m 깊이의 암석 샘플에서 메탄과 산을 생성하는 박테리아 증거도 발견돼.
수소기반 새로운 세계.

가장 극단적인 영역 “지하 깊은 곳의 생활 조건”

우리는 지표면 아래 800미터로 내려가 보자.
뜨겁고, 어둡고, 빽빽하다. 빛, 산소 그리고 유기질 영양소도 없다. 원칙적으로 삶에 필요한 모든 것이 빠져 있다.

 

그러나 깊은 곳은 죽어 있지 않다.  

살균을 위해 표면에 일반적으로 사용되는 조건, 모든 미생물 생명을 죽이기 위해 전체 공동체가 여기에 정착했다. 간단한 박테리아와 고세균(Archaea, 古細菌 : 단세포로 되어 있는 미생물의 한 종류)이 특히 놀랄만큼 집요한 것으로 증명된다.  

▲ 이 박테리아 세포는 남아프리카의 금광에서 2.8km 깊이에서 발견되었다. © Luc Riolon / CC-by-sa 2.5

그들은 최대 113°C의 온도를 견뎌내고 1,200기압 이상의 압력을 견딜 수 있다.
농축된 산 또는 알칼리에서 생존하며 태양과 산소로 부터 5km 이상 떨어져 있다.

딥 바이오스피어(Deep Bio Sphere 지하생물권)에 극한미생물(Extremophile)은 이러한 살인 적인 조건에 특별히 적합하다.
그들에게는 킬로미터 두께의 암석 아래, 독성 광산 폐수 또는 극지방의 얼음에서의 삶이 정상이다. 온화한 온도, 산소 및 햇빛 등, 우리가 살아야 할 모든 것은 오히려 절대적으로 독이 될 것이다.

태양없는 삶

이 “극단 주의자들”은 무엇으로 살고 있을까?
가장 원시적인 유기체조차도 결과적으로는 탄소, 질소, 인, 황 및 일부 금속을 포함한 몇 가지 기본 구성 요소와 생존을 위한 에너지원이 필요하다. 모든 지상 생활을 위한 에너지원인 햇빛이 땅속에는 없기 때문에, 지하 깊은 거주자들은 선택의 여지가 거의 없다. 그들은 환경이 제공하는 것을 공급받아야 한다. 그리고 극단적인 경우에 물과 그들이 앉아있는 암석이 모두 일 수 있다.

가장 운이 좋은 지하 생물들은 ​​해저와 같은 퇴적층의 상부층에 앉아있는 것들이다.
한 번 저장된 지상 생물 형태의 유기적 유물이 그곳에는 여전히 있다.
그곳에 함유된 고에너지 탄소 화합물은 미생물이 분해하여 생명의 에너지를 얻는 데 사용된다.

지구 세입자

반면에 캘리포니아의 스크립스 연구소(Scrips Research Institute)의 연구원들이 몇 년 전에 발견한 것처럼 다른 전략도 있다. 해저 화산암 거주 생물의 생태다.
과학자들은 화산 유리(바다에서 냉각된 용암 흐름의 가장자리)를 뚫을 때 미생물 DNA의 잔류물이 검출될 수 있는 암석의 작은 통로를 발견했다. 분명히, 미생물은 화산 유리를 통해 길을 잡아 화학 에너지를 얻었다. 그러나 방법은 명확하지 않다.

대륙 지각의 많은 부분에서 “지구의 세입자”에게는 더 어려워진다.
거대한 화강암 암석에서 고에너지 탄소 화합물은 절대적으로 공급이 부족하다.
그러나 적어도 일부 지역에는 충분한 양의 수소가 있는 것 같다.
일부 과학자들의 이론에 따르면, 진화는 수소와 이산화탄소의 반응이 햇빛 대신에 생명의 기초를 형성하는 대안적인 길을 택했을 수도 있다.

그러나 이것이 실제로 발생하는지 여부와 방법은 여전히 ​​명확하지 않다.
많은 가설이 있다.

▲ 지하 깊은 곳 금광 채굴. © agnormak/ iStock

수소 세계 “에너지와 음식을 찾아서”

프린스턴 대학의 지질학자 툴리스 온스토트(Tullis Onstott)를 포함한 일부 과학자들은 심지어 연구를 위해 지하로 간다. Onstott의 지하 갱도는 남아프리카에서, 세계에서 가장 깊은 금광 중 하나다. 이곳은 1996년 처음으로 좁고 어두운 복도를 지나가는 곳으로 증기, 끓는 암석 및 습도 100%로 둘러싸여 있다.

Onstott는 수소 "호흡" 세계의 증거를 찾고 있다.
지질학자의 망치로 새로 노출된 암석에서 3.2km 깊이까지 샘플을 수집한다.
빛과 산소에서 수 킬로미터 떨어져 있는 이 덩어리는 30억 년 이상 지하에 묻혔다.
기대한 대로, Onstott는 "고열 친화성"으로 알려진 일부 고세균(Archaea)종, 특히 내열성을 갖고 있는 다양한 미생물을 발견했다.

일부는 굶주리고 있다.

이러한 미생물의 빈도가 깊이가 증가함에 따라 뚜렷한 이유 없이 급격히 감소하는 것은 이상하다. 여기의 온도는 여전히 비교적 온화하기 때문에 물이 풍부하며 수소 형태의 생명체에 대한 "연료"가 부족하지 않다. 반대로, 수소 농도는 심지어 지하 수맥에서 일반적으로 발생하는 수백만 배에 이른다. Onstott는 “유기체가 사용할 수 있는 것보다 훨씬 더 많은 에너지가 있는 것으로 보인다”고 설명한다.

그렇다면 왜 암석이 생명으로 가득하지 않을까?
원인은 산화제가 없기 때문이다. 지구 표면에서 산소는 고에너지 유기 화합물이 화학적으로 연소되어 에너지를 생성하는 데 사용될 수 있도록 한다. 금광의 깊이에는 많은 연료가 있지만 산화시킬 것은 없다. 광산 물에는 산소가 없을 뿐만 아니라 다른 산화제도 포함되어 있다.

수소에 기반을 둔 새로운 세계

한편, 해저의 일부 퇴적물에 있는 미생물의 표는 과학자들이 해양 시추 프로그램(ODP)의 맥락에서 알 수 있듯이 거의 완벽하게 설정되어있는 것으로 보인다.
페루 연안의 메탄과 황산염이 풍부한 지하에서 박테리아는 몇 가지 대사경로 중에서 선택할 수 있다. 일부는 황산염을 줄이고, 다른 것은 수소와 이산화탄소에서 메탄을 생성하고, 다른 하나는 수소를 무기 탄소 화합물과 함께 수소에서 아세트산으로 전환하여 에너지를 얻는다. 철 및 망간 화합물도 감소되고 ‘탈취’된다.

스웨덴 아스포(Aspö)에 있는 화강암-생존 미생물은 비슷한 영양 습관을 가지고 있는 것으로 보인다. 카르스텐 페데르센(Karsten Pedersen)과 예테보리 대학(University of Gothenburg)의 동료들은 최대 500m 깊이의 암석 샘플에서 메탄과 산을 생성하는 박테리아의 증거를 발견했다. 연구원들은 박테리아 자신의 지하 먹이 사슬의 기초로 보고 있다.
말하자면 수소에 기반을 둔 평행 세계다.  (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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