5분 읽기 + 1분 16초 영상
- 수심 9,533m 심해 해구에서 거대한 해양 동물 군집 발견
- 심해 해구 바닥에서 분출되는 메탄과 황화수소에서 에너지를 얻어
- 극한의 깊이에서도 생명체가 존재한다는 것 밝혀져

지구상 가장 깊은 곳의 생명체 군집 발견
수심 9,533m 심해 해구에서 거대한 해양 동물 군집 발견

놀라운 발견:
한 연구팀이 태평양의 두 심해 해구 바닥에서 거대한 해양 동물 군집을 발견했다. 관벌레, 홍합, 바다 달팽이로 이루어진 이 밀집된 군집은 9,533m 깊이까지 뻗어 있다. 연구팀이 "네이처"에 보고한 바에 따르면 현재까지 알려진 가장 깊은 곳의 동물 군집이다. 이 광대한 동물 군집은 심해 해구 바닥에서 분출되는 메탄과 황화수소에서 에너지를 얻는다. 이는 이 심해의 생명체에 대한 완전히 새로운 시각을 제시한다. 

▲ 연구원들은 특수 잠수정을 사용하여 태평양의 두 심해 해구 바닥을 탐사했고 그곳에서 놀라울 정도로 풍부한 해양 생물을 발견했다. © Institute of Deep-sea Science and Engineering, CAS (IDSSE, CAS)

수심 수천 미터에 달하는 심해 해구는 오랫동안 적대적이고 인구 밀도가 낮은 곳으로 여겨졌다. 어둠, 높은 압력, 그리고 영양분 부족이 특징이다. 그러나 이제 수중 탐사를 통해 극한의 깊이에서도 생명체가 존재한다는 것이 밝혀졌다. 열수 분출구와 메탄 누출지는 해양 생물 다양성의 중심지임이 입증되었다. 심해 생물들은 빛과 유기 영양소 없이도 생존하는 데 필요한 화학 에너지를 이러한 곳에서 얻는다.

▲ 연구 지역은 북서태평양에 위치하며, 삽입 그림의 흰색 사각형으로 경계가 표시돼 있다. 주황색 점은 화학합성 기반 군집이 관찰 및 샘플링된 다이빙 지점을 나타내며, 십자 표시는 그러한 군집이 없는 다이빙 지점을 나타낸다. 빈 주황색 원은 검은색 퇴적물이 특징인 잠재적 스며들기 지점. 흰색 화살표는 오호츠크판과 베링해판 아래로 태평양판이 섭입하는 방향. 흰색 점선은 쿠릴-캄차카 해구와 알류샨 해구 사이의 전이 연결대를 나타낸다. 수심 측량 데이터는 연구 탐사 중 KM-EM122 다중 빔 수심 측량 시스템을 사용하여 수집했다. 축척 막대, 200km. 출처: Global Mapper 14 소프트웨어를 사용하여 제작한 지도, 배경 데이터는 GeoMapApp(http://www.geomapapp.org)에서 제공, CC BY 4.0 라이선스에 따라 사용. (출처:Published: 30 July 2025 / Flourishing chemosynthetic life at the greatest depths of hadal trenches / nature)

심해 해구 바닥까지 잠수하여

그러나 이러한 군집이 얼마나 깊이 뻗어 있고 얼마나 널리 퍼져 있는지는 아직 알려지지 않았다. 중국 싼야에 있는 국가 심해연구소의 펭 샤오퉁과 그의 동료들은 "이러한 화학 합성 군집은 여러 활동 및 수동 판 경계와 광범위한 해양 심도에서 발견되었지만, 6천 미터 이하의 심해에서는 여전히 미탐사가 많다"고 설명했다.

▲ a, 자유롭게 움직이는 다모류인 Macellicephaloides grandicirra(흰색, 최대 크기 6.5cm)가 9,532m 깊이의 The Deepest에서 길이 20~30cm, 지름 약 1mm의 관을 가진 빽빽한 프렌룰라 시보글리나드 군집 사이를 이동했다. b, 9,320m 깊이의 Wintersweet Valley에서 촉수 근처의 관 꼭대기에 작은 복족류(흰색 반점)가 있는 붉은 헤모글로빈으로 가득 찬 촉수를 뻗은 프렌룰라 시보글리나드 무리.c, 빽빽하게 뭉친 프렌룰라 시보글리나드에는 9,332m 깊이의 Cotton Field에서 자유롭게 움직이는 다모류인 M. grandicirra(흰색)가 많이 있다. d, 5,743m 수심의 Clam Bed에서 퇴적물 속에 vesicomyid 이매패 A. phaseoliformis(크기 23cm)가 밀집되어 있고, 약 6~8cm의 껍질이 노출되어 있으며 종종 Actiniaria가 서식하고 있다.

▲ e, 알류샨 최심부의 6,870m 수심에서 관서성 다모류 Anobothrus sp.와 Actiniaria가 우세하며, 흰색 미생물 덩어리가 점처럼 보인다. f, 6,928m 수심의 알류샨 최심부에서 검은색 퇴적물과 관련이 있고 관서성 다모류 Anobothrus sp.가 동반된 vesicomyid 이매패 I. fossajaponicum(크기 3cm)이 밀집되어 있다. g, 프렌레이트 시보글리니드(frenulate siboglinid) 군집으로 둘러싸인 짙은 파란색 진흙은 블루 마쉬(Blue Marsh) 해저 6,800m 지점의 메탄 누출 지점을 표시. h, 아이시 리버(Icy River) 해저 6,700m 지점의 프렌레이트 시보글리니드 관충류와 함께 수십 미터에 걸쳐 펼쳐진 흰색 눈과 같은 미생물 덩어리를 보여준다. 이 이미지는 고화질 카메라 시스템을 장착한 유인 잠수정으로 촬영되었다. 각 저온 누출 지점의 이름은 왼쪽 하단에 표시되어 있다. 레이저 빔 사이의 거리는 10cm입니다. 저온 누출 지점 동물군의 확대된 모습은 보충 영상 1에 나와 있다. (출처:Published: 30 July 2025 / Flourishing chemosynthetic life at the greatest depths of hadal trenches / nature)

그래서 연구팀은 2024년 여름 북태평양의 두 심해 해구 바닥까지 잠수했다. 특수 잠수정을 이용하여 러시아 해안에서 최대 1만500m 깊이의 쿠릴-캄차카 해구와 쿠릴 해구 북쪽 끝에서 알래스카까지 이어지는 최대 7,822m 깊이의 알류샨 해구를 탐사했다. 23차례의 잠수를 통해 과학자들은 수천 킬로미터 길이의 두 심해 해구의 가장 깊은 곳까지 탐사했다.

▲ 심해 해구의 다른 부분에서는 홍합이 우세하며, 여기 보이는 5,743미터 깊이의 모습이다. © Institute of Deep-sea Science and Engineering, CAS (IDSSE, CAS)

해구 바닥의 온대 생물

놀라운 사실이 드러났다. 빛이 들어오지 않는 해구의 깊은 곳에서 연구진은 광활하고 조밀한 해양 동물 군집을 발견했다. 다양한 종의 관벌레, 자유 생활하는 강모충, 홍합, 바다 달팽이가 서로 가까이 서식하고 있었다. 연구팀은 "우리가 발견한 군집은 매우 높은 수와 밀도의 특수 종들이 특징이다"며 "우리는 두 심해 해구 모두에서 평방미터당 최대 5,813마리의 관충과 293마리의 홍합이라는 최대 밀도를 발견했다"고 보고했다.

▲ 그림 3: 습지에서 회수된 이매패류의 대표적 샘플. (출처:Published: 30 July 2025 / Flourishing chemosynthetic life at the greatest depths of hadal trenches / nature)

이러한 심해 생물 군집은 결코 드문 예외가 아니다. 펭과 그의 동료들은 23번의 잠수 중 19번에서 이러한 군집을 발견했다. "이 구역은 해구 바닥을 따라 2,500km 이상 뻗어 있다"고 그들은 썼다. "이 지역의 퇴적물과 동물상에 관한 이전 연구는 있었지만, 이러한 군집은 확인되거나 기술된 적이 없다.“

털벌레와 그 무리. 9,533m 깊이에서도

연구원들은 쿠릴 해구에서 가장 깊은 해저 군집을 9,533미터 깊이에서 발견했다. 그곳에서 해구 바닥과 퇴적물 바닥 사이의 전이 지점에는 관형 털벌레(Siboglinidae)의 대규모 군집이 발달했다. "이들은 지구상에서 알려진 가장 깊고 광범위한 화학 합성 기반 군집이다"고 펭과 그의 동료들은 지적했다.
이 고착성 수염벌레는 공생 박테리아를 먹이로 하는 것으로 알려져 있다. 조직에 서식하는 "거주자"들은 메탄과 황화수소를 처리하여 벌레가 에너지를 생성하고 조직을 형성하는 데 필요한 화합물로 전환한다. 이 수염벌레는 쿠릴 해구 군집의 우점종이다. 연구진은 "이들의 군집은 수천 마리의 개체로 구성되어 있으며, 곳곳에 퇴적물에서 튀어나온 관을 가지고 있다"고 보고했다.

펭과 그의 연구진은 알류샨 해구에는 수염벌레가 우점하는 군집 외에도 광범위한 심해 홍합 군집이 있다고 설명한다. 이 홍합 중 일부는 화학 자가영양 공생체로부터 영양분과 에너지를 얻는 것으로도 알려져 있다.

▲ 그림 5: 저온 유출수에서 회수된 대표적인 이카이테 샘플

생명의 원천, 메탄과 황화수소

그렇다면 이 해구 생물들은 어디에서 에너지를 얻을까? 이들의 서식지에는 열수 분출구가 없지만, 냉수 용출구가 있다. 이 용출구글은 심해 해구 바닥에 고농도의 메탄과 황화수소가 함유된 유체를 방출한다. 펭과 그의 동료들은 "이 유체는 해구 깊은 퇴적층의 단층을 따라 흘러내려 그곳에 사는 생물들에게 먹이를 제공한다"고 설명했다.

분석 결과, 이 유체에 포함된 기체는 지구 화학적 저장소에서 유래한 것이 아니라 생물학적 기원, 즉 박테리아에 의해 생성되는 것으로 밝혀졌다. 이 미생물들은 산소가 부족한 심해 해구 퇴적물에 축적된 유기물을 분해한다. 이렇게 생성된 기체는 화학 합성을 하는 벌레와 홍합의 먹이가 되고, 이 벌레와 홍합은 다시 다른 해양 동물의 먹이가 된다.

▲ a, FDZ 271, 짧은 관형충류 참조. 스피로브라키아(가장 깊은 침투 지대에서 유래).

하달 해저의 생명 전략에 대한 새로운 조명

연구진에 따르면, 이번 발견은 심해의 극한 심해에 서식하는 생명체에 대한 새로운 시각을 제시한다. 지금까지 이러한 심해 생물들은 주로 상층 해역에서 흘러내리는 유기물을 섭취하는 것으로 추정되어 왔다. 펭과 그의 동료들은 "이번 연구 결과는 심해 동물군의 에너지원에 대한 이러한 전통적인 생각과 모순된다"고 결론지었다.

하지만 심해 해구의 극심한 심해에 서식하는 생명체들은 대륙의 심해 생물권과 유사하게 주로 화학 에너지원에 의존하는 것으로 보인다. 펭과 그의 동료들은 "화학 합성 기반 군집이 광범위하게 분포하는 것은 심해 생태계에서 화학 에너지의 역할이 과소평가되었음을 시사한다"고 기술했다.
참고: Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-025-09317-z
출처: Nature

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]