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세포가 빛 없이 ‘암흑산소’를 만드는 비밀

원본 버전 ~의 이 이야기 에 나타났다 콴타 매거진.

과학자들은 우리 발 밑에 있는 토양과 암석에 전 세계 바다의 거의 두 배에 달하는 양을 지닌 광대한 생물권이 존재한다는 사실을 깨닫게 되었습니다. 지구 미생물 덩어리의 대부분을 차지하고 그 다양성이 지표면에 서식하는 생명체의 다양성을 초과할 수 있는 이러한 지하 유기체에 대해서는 알려진 바가 거의 없습니다. 이들의 존재에는 큰 수수께끼가 따른다. 연구자들은 지하 영역 중 다수가 산소가 부족한 데드존이며 원시 미생물만이 신진대사를 유지하고 미량의 영양분을 긁어모으는 곳이라고 종종 가정해 왔다. 이러한 자원이 고갈됨에 따라 지하 환경은 더 깊어지고 생명이 없어져야 한다고 생각되었습니다.

지난 6월에 발표된 새로운 연구에서는 네이처커뮤니케이션즈연구자들은 이러한 가정에 도전하는 증거를 제시했습니다. 캐나다 앨버타의 화석연료지대에서 200m 아래 지하수 저수지에서 빛이 없어도 예상외로 많은 양의 산소를 생산하는 풍부한 미생물을 발견했습니다. 미생물은 연구자들이 “암흑 산소”라고 부르는 것을 너무 많이 생성하고 방출하여 “아마존 열대 우림의 광합성에서 나오는 산소의 규모”를 발견하는 것과 같다고 테네시 대학의 지하 미생물학자인 Karen Lloyd는 말했습니다. 연구의 일부. 세포 밖으로 확산되는 가스의 양이 너무 많아서 주변 지하수와 지층에 산소 의존형 생명체가 살기에 유리한 조건을 만드는 것 같습니다.

이번 연구에는 참여하지 않았지만 토론토 대학의 지구화학자인 바바라 셔우드 롤라(Barbara Sherwood Lollar)는 “이것은 획기적인 연구”라고 말했습니다. 과거 연구에서는 지하 생명체에 필요한 수소와 기타 필수 분자를 생산할 수 있는 메커니즘을 자주 조사했지만, 산소 함유 분자의 생성은 지하 환경에서 너무 빨리 소모되기 때문에 간과되어 왔습니다. 지금까지 “이와 같이 모든 것을 종합한 연구는 없었습니다.”라고 그녀는 말했습니다.

새로운 연구에서는 “캐나다의 텍사스”라고 불릴 만큼 지하 타르, 오일샌드, 탄화수소가 풍부하게 매장되어 있는 캐나다 앨버타 주의 깊은 대수층을 조사했습니다. 대규모 축산업과 농업 산업이 지하수에 크게 의존하고 있기 때문에 주 정부는 물의 산성도와 화학 성분을 적극적으로 모니터링합니다. 그러나 지하수 미생물학을 체계적으로 연구한 사람은 아무도 없었다.

Emil Ruff가 2015년 캘거리 대학에서 미생물학 박사후 과정을 시작했을 때 그러한 조사를 수행하는 것은 “낮은 열매”처럼 보였습니다. 그는 겉으로는 간단해 보이는 이 연구가 향후 6년 동안 그에게 부담이 될 것이라는 사실을 거의 알지 못했습니다.

혼잡한 심연

Ruff와 그의 동료들은 앨버타 전역의 95개 우물에서 지하수를 수집한 후 기본적인 현미경 검사를 시작했습니다. 그들은 지하수 샘플의 미생물 세포를 핵산 염료로 염색하고 형광 현미경을 사용하여 그 수를 세었습니다. 샘플에 포함된 유기물의 방사성 연대측정과 수집된 깊이를 확인함으로써 연구자들은 그들이 채취한 지하수 대수층의 연대를 확인할 수 있었습니다.

숫자의 패턴이 그들을 당황하게 했습니다. 예를 들어, 일반적으로 해저 퇴적물을 조사할 때 과학자들은 미생물 세포 수가 깊이에 따라 감소한다는 사실을 발견합니다. 더 오래되고 더 깊은 샘플은 광합성 식물이 만드는 영양분에서 더 많이 차단되기 때문에 많은 생명을 유지할 수 없습니다. 그리고 표면 근처의 조류. 그러나 Ruff 팀은 놀랍게도 더 오래되고 더 깊은 지하수가 담수보다 더 많은 세포를 보유하고 있다는 사실을 발견했습니다.

그런 다음 연구자들은 분자 도구를 사용하여 그들의 숨길 수 없는 마커 유전자를 찾아냄으로써 샘플에서 미생물을 식별하기 시작했습니다. 그 중 다수는 메탄생성 고세균, 즉 암석이나 부패하는 유기물에서 스며나오는 수소와 탄소를 소비한 후 메탄을 생성하는 단순한 단세포 미생물이었습니다. 또한 물 속의 메탄이나 미네랄을 먹고 사는 많은 박테리아도 존재했습니다.