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- 영구 동토층은 북반구 육지 면적의 거의 4분의 1을 차지
- 미 육군 공병대 소속 연구 터널 영구 동토층에서 미생물 샘플 채취
- 일부 미생물은 여전히 ​​생존력이 있었고 마치 아무 일도 없었던 것처럼 대사 활동을 재개
- 6개월 후에는 중수소 회전율(returnover)을 통해 점점 더 빠르게 성장.
- 미생물이 우리 몸에서 발견되는 것과 같은 고온에서는 잘 자라지 않을 것으로 판단

4만 년 된 빙하기 미생물 부활
깊은 얼음 속 영구 동토층 미생물, 되살아날 수 있을까

얼음의 위험? 연구진은 최대 4만 년 동안 영구 동토층에 얼어붙어 있던 미생물을 해동하는 데 성공했다. 일부 미생물은 여전히 ​​생존력이 있었고 마치 아무 일도 없었던 것처럼 대사 활동을 재개했다. 그러나 이는 기후 변화가 진행되어 영구 동토층이 해빙되면 이러한 고대 박테리아가 활성화되어 다량의 온실가스를 배출할 수 있음을 의미한다. 그러나 연구팀은 병원균이 다시 부활할 위험은 상당히 낮다고 추정한다. 

▲ 알래스카의 영구 동토층이 해빙되고 있다. © Brandt Meixell/USGS

토양, 얼음, 암석이 얼어붙은 혼합물인 영구 동토층은 북반구 육지 면적의 거의 4분의 1을 차지한다. 이 얼음 속에는 동식물의 유해 외에도 마지막 빙하기에 땅이 얼기 전인 플라이스토세와 그 이전 시대의 수많은 미생물이 보관되어 있다. 그러나 기후 변화로 인해 영구 동토층이 빠르게 해빙되고 있으며, 그 안에 보존되어 있던 유해가 방출되고 있다.

마지막 빙하기의 미생물

콜로라도 대학교 볼더 캠퍼스의 트리스탄 카로가 이끄는 연구팀은 영구 동토층에 얼어붙은 미생물이 실제로 죽은 것인지, 아니면 해빙 후 부활할 수 있는지 조사했다. 이를 위해 지질학자와 생물학자들은 알래스카로 향했다. 그곳에는 미 육군 공병대 소속 연구 터널이 영구 동토층 깊숙이 뻗어 있다. 이 좁고 퀴퀴한 터널 벽에는 들소와 매머드 등의 고대 뼈가 튀어나와 있다.

하지만 연구진은 이 얼어붙은 지하 세계의 미생물에 초점을 맞췄다. 그들은 마지막 빙하기 이후 얼어붙은 지층의 여러 부분에서 샘플을 채취했다. 이를 위해 네 곳의 영구 동토층 터널 벽에 구멍을 뚫고 최대 4만 년 전까지 그곳에 퇴적되고 얼어붙었던 토양층에서 코어를 채취했다.

▲ 알래스카 페어뱅크스 인근 미 육군 공병대의 영구 동토층 터널. © Tristan Caro

냉장고에서 발견된 생명의 흔적

그런 다음 생물학자들은 영구 동토층 터널에서 채취한 샘플을 섭씨 4도와 12도로 "가열"했다. 이러한 냉장 온도는 극한의 추위에 적응한 북극 생물에게는 매우 높은 온도다. 실험실의 토양 미생물은 산소에 노출되지 않았다. 카로는 "이러한 온도가 영구토층의 더 깊은 지역에 도달할 때 알래스카의 여름과 같은 미래 기후 조건에서 어떤 일이 일어날지 시뮬레이션했다"고 설명했다.

이러한 조건에서 미생물이 부활하는지 확인하기 위해 연구진은 샘플에 "중수"를 첨가했다. 미생물이 동위원소로 표지된 이 물을 세포에 흡수하고 세포막에 원자를 결합시키면 이를 감지할 수 있으며, 이는 대사 활동과 성장의 증거다. 연구팀은 세포막에서 정기적으로 지질 샘플을 채취하여 이 과정을 모니터링했다. 또한 유전자 활동과 생명체를 나타내는 가스도 분석했다.

한 달 후 부활

결과: 처음 4주 동안은 아무 일도 일어나지 않는 것처럼 보였다. 적어도 그 당시에는 생명체의 흔적이 발견되지 않았다. 그러나 해빙 후 약 한 달 만에 영구 동토층의 미생물들이 다시 활성화되어 증식하고 군집을 이루었다. 이 군집들은 처음에는 달팽이처럼 느리게 자랐지만, 6개월 후에는 중수소 회전율(returnover)을 통해 점점 더 빠르게 성장했다. 일부 박테리아 군집은 결국 바이오필름을 형성하기도 했다.

연구팀은 부활한 미생물들이 지구 표면에서 발견되는 미생물들과는 다르고 종 수도 적다는 것을 발견했다. 또한 이 미생물들은 세포막에 여러 가지 지질을 가지고 있다. 일반적인 인지질 대신 이 생물들의 세포막은 주로 당지질로 이루어져 있다. 연구팀은 "이러한 화합물들이 수천 년 동안 얼음처럼 어둡고 추운 환경에서 살아남는 데 도움이 되었을 가능성이 있다"고 추측한다.

▲ 한랭 지역 연구 및 공학 연구소의 로빈 바르바토(Robyn Barbato)가 알래스카 영구동토층 터널 벽에서 샘플을 채취하고 있다. © Tristan Caro

기후에 미치는 심각한 영향

카로는 "이것들은 결코 죽은 샘플이 아니다"고 결론지었다. "이 샘플들은 여전히 ​​유기물을 분해하여 이산화탄소로 방출할 수 있는 강력한 유기체들을 품고 있다." 기후 변화가 진행됨에 따라 미래에 발생할 수 있는 일이 바로 이것이다. 영구 동토층과 그 깊은 곳에 얼어붙은 빙하기 미생물들이 녹으면서 수천 년 전 토양에 함유된 수많은 유기물을 소화하기 시작한다. 이로 인해 이산화탄소와 메탄이라는 온실가스가 대량 방출되고, 이는 지구 온난화를 더욱 가속화하여 악순환을 초래한다.

또한 이번 연구 결과는 미생물을 되살리려면 북극의 지속적인 온난화가 필요하다는 것을 시사한다. 짧은 폭염만으로는 미생물을 깊은 잠에서 깨우기에 충분하지 않다. 카로는 "알래스카의 단 한 번의 더운 여름날보다 훨씬 더 위험한 것은 이러한 따뜻한 기온이 가을과 봄까지 지속될 때까지 여름이 연장되는 것이다"고 말했다. 북극의 여름이 길어질수록 지구 기후에 대한 위험은 커진다.

과거의 병원균?

연구진은 영구 동토층 미생물의 해빙 과정과 부활이 북극 지역의 생태계에 큰 영향을 미칠 수 있다고 경고한다. 그러나 해빙된 미생물에 미래에 인간을 감염시킬 수 있는 병원균이 포함되어 있을 가능성은 낮다고 생각한다. 이는 미생물이 우리 몸에서 발견되는 것과 같은 고온에서는 잘 자라지 않는 것으로 보이기 때문이다.

그러나 이러한 미생물에 대해서는 아직 풀리지 않은 의문이 많다. 예를 들어, 전 세계 여러 지역의 고대 미생물들이 동일한 행동을 보이는지는 아직 불분명하다. "알래스카, 시베리아, 그리고 다른 추운 북부 지역들을 포함하여 전 세계에는 영구 동토층이 엄청나게 많다. 우리는 아주 작은 구역의 샘플만 분석했다"고 Caro는 말했다.

참고: Journal of Geophysical Research: Geosciences, 2025; doi: 10.1029/2025JG008759
출처: 콜로라도 대학교 볼더

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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