해양 온난화가 미생물 위협한다

지구에 존재하는 산소는 식물이나 미생물의 광합성에 의해 생성되며 지구상에서 가장 풍부한 광합성 생물이 해양성 시아노박테리아 일종인 프로클로로코쿠스다. 그런 프로클로로코쿠스가 지금까지 생각됐던 것보다 해수온 상승에 대해 취약할 가능성이 있다는 연구 결과가 보고됐다.

산소는 인간을 포함한 다종다양한 생물에게 필수불가결한 것이며 다양한 식물이나 조류, 시아노박테리아 등이 산소를 생성하는 역할을 담당하고 있다. 그중에서도 바다에 서식하는 프로클로로코쿠스는 유례없이 풍부하며 먹이사슬에서도 중요하다고 여겨진다.

프로클로로코쿠스는 태양광이 닿는 해양 표층수의 75% 이상에 서식하며 그 중에서도 온난하고 영양분이 적은 열대 지방과 그 주변 지역에서 많이 발견된다. 프로클로로코쿠스는 극히 작기 때문에 먹이를 거의 필요로 하지 않으며 그로 인해 영양이 부족한 해역에서도 생존할 수 있다고 한다.

연구팀은 열대 먼바다에는 프로클로로코쿠스 이외 생물이 거의 존재하지 않기 때문에 해수는 선명하고 아름다운 청색을 띠고 있다고 말했다.

열대 지방에 적응했다는 점을 고려하면 지구온난화에 따라 해수온이 상승하더라도 프로클로로코쿠스는 계속해서 번영할 수도 있다고 생각하는 전문가도 있다. 하지만 프로클로로코쿠스에 관한 지금까지의 데이터는 주로 연구실에서 배양된 세포에서 얻어진 것이었기 때문에 연구팀은 자연환경에 서식하는 프로클로로코쿠스로부터 데이터를 수집했다.

연구에서는 13년에 걸쳐 실시된 90회 조사 항해에서 채취된 8,000억 개에 이르는 프로클로로코쿠스와 동일한 크기의 세포를 분석했다. 분석에는 프로클로로코쿠스와 같은 작은 세포를 검출하기 위해 특별히 설계한 플로우 사이토미터가 사용됐다고 한다.

연구팀은 플로우 사이토미터로 물속에 레이저를 조사해 세포 종류와 크기를 측정했다. 그 후 미생물을 방해하지 않고 프로클로로코쿠스 성장을 실시간으로 모니터링하기 위한 기존 통계 모델을 적용했다.

그 결과 프로클로로코쿠스의 세포분열 속도는 위도에 따라 변화한다는 게 나타났다. 연구자가 영양소 수준과 일광을 제외하고 해수온 변화와 세포분열 속도에 초점을 맞춰 분석한 결과 프로클로로코쿠스는 섭씨 19~28도 비교적 따뜻한 물에서 가장 잘 세포 분열했지만 그보다 높은 해수온에서는 놀랍게도 세포분열이 어려워진다는 것을 알 수 있었다.

그 중에서도 해수온이 30도보다 따뜻해지면 극단적으로 세포분열이 느려져 28도 부근에서의 속도보다 겨우 3분의 1까지 저하했다. 연구팀은 프로클로로코쿠스가 소진되는 온도는 생각했던 것보다 훨씬 낮았다고 밝혔다.

연구팀은 21세기 말까지의 프로클로로코쿠스 생산성 시뮬레이션을 실시했다. 그 결과 중간 정도 온난화 시나리오에서는 열대 지역에서 프로클로로코쿠스 생산성이 17% 감소하고 더 심각한 온난화 시나리오에서는 51% 감소할 가능성이 제시됐다. 지구 전체적으로는 중간 정도 온난화 시나리오에서는 10%, 더 심각한 온난화 시나리오에서는 37% 생산성이 저하될 가능성이 있다고 한다.

연구팀은 프로클로로코쿠스의 지리적 분포는 북극이나 남극 등의 극지로 확대되어 갈 것이라며 멸종하지는 않겠지만 서식지는 변화할 것이라고 지적했다. 한편 프로클로로코쿠스 감소로 인해 더 따뜻한 물에도 견딜 수 있는 시네코코쿠스가 번영할 가능성도 있지만 어떤 영향을 미칠지는 불투명하다.

한편 이번 연구에는 한계가 언급되어 있으며 희귀한 프로클로로코쿠스의 내열성 균주가 간과됐을 가능성이 있다고 한다. 연구팀은 이는 현재 보유한 데이터에 대한 가장 단순한 설명이라며 만일 내열성 균주에 대한 새로운 증거가 밝혀진다면 그건 이들 중요한 미생물에게 희망이 될 것이라고 밝혔다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.