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1920년 시카고 대학의 두 과학자가 600미터 깊이의 기름 슬러지에서 박테리아를 발견.
해수면보다 수백 배 높은 압력과 120도까지의 온도에서도 지하 미생물은 ​​살아 있고 번성.

땅속 깊은 곳의 생물권

지구는 살아 있다 :
우리의 발아래 킬로미터 깊이에는, 일정한 어둠, 최대 113℃ 열과 상상할 수 없을 정도로 높은 압력(1,200 기압 이상)에도 불구하고 독특한 생태계가 형성되어 있다. 지하 생물권이다.
고도로 전문화된 수 많은 미생물이 대양의 퇴적물, 화산암, 심지어 대륙의 거대한 지반 암 속에 살고 있다. 그들은 어떻게 거기에서 살아남을까?

▲ 지구의 지하 세계는 살아있다. 심지어 지각의 거대한 바위에도 수많은 생명체가 있다. © sauni / iStock

과학계에서 땅속 세계는 지구지도의 빈자리로 여겨진다.
이 깊은 곳에 있는 생명은 수많은 의문을 제기한다.
미생물이 그러한 가혹한 조건에서 어떻게 생존할까?
그들은 어디에서 에너지를 얻을까?
그리고 그들은 어디에서 왔을까?
이런 질문들에 오늘날 다양한 가설들이 있다. 집요한 연구자들의 탐구심을 자극하기에 충분하다.

지하 생물권의 발견

"생명은 전능하다" 독일 생물학자이자 자연 과학자 크리스티안 에렌베르그(Christian Ehrenberg)가 19세기 중반에 이 주제를 내세울 때, 그의 동료들은 그를 비웃었다.
생명은 빛과 산소가 있는 곳에서만 존재할 수 있다는 것이 당시 일반적으로 알려져 있었다.

전 세계 깊은 지하에 대한 아이디어는 단순히 터무니없다. 거의 20세기 말까지 그런 이론이 일반적인 교리였다.
*쥘 베른의 ‘지구 중심으로의 여행’에서와 같이 기껏해야 지하 생활은 문학 자료로만 적합했다. 엔지니어와 지질 학자들은 때때로 시추지점에서 작은 박테리아 형태를 발견했다.
그러나 이론상 그곳에 있을 수 없는 것이고 존재해서도 안되는 것이어서, 이러한 발견은 대부분 무시됐다.
* 쥘 베른(Jules Verne 1828-1905) : 프랑스 소설가. 기발한 상상력과 치밀한 사실성을 주특기로 시대를

             뛰어넘는 소설을 썼다. 공상과학소설의 선구자 ‘80일간의 세계 일주’ 등

▲ Kola Superdeep Borehole : 러시아 Kola(콜라)반도 페첸그스키(Pechengsky)지역에서 과학 목적으로 시추한 구멍. 12,262 미터 1989년 이래 인간이 뚫은 가장 깊은 지점이다. 1970년 5월 24일 시작. 1993년도에 15,000미터 깊이 이를 것으로 기대됐으나, 생각했던 지하온도 100도 보다 훨씬 높은 180도로 측정돼 1993년 중단됐다. 사진: www.wikimedia.org

발견자들이 평가를 위해 미생물 학자에게 제시하면, 평결은 "지표면에서 끌려 들어간 것" 또는 "암석이 형성될 때부터 죽은 잔존물"이라고 판결되었다.
1920년 시카고 대학의 두 과학자가 600미터 깊이의 기름 슬러지에서 박테리아를 발견한 적이 있었다. 그러나 오염과 동료들의 물어뜯는 비판의 오명으로 이 이상한 생물들에 대한 더 이상의 탐사가 방해를 받았다.

‘지하세계’가 살아 있다.

지구 깊은 곳에 생명체가 살고 있다.
미국 에너지부(Department of Energy)의 연구원들은 땅속에 이런 사실을 1985년에 처음 확인했다. 그 당시 프랭크 옵버(Frank Wobber)와 동료들은 실제로 방사성 및 기타 독성 폐기물의 저장을 위해 적절한 장소를 찾고 있었고 사우스 캐롤라이나의 지하를 시추했다.
특수 패킹은 시추한 샘플이 표면에서 오염되지 않도록 보호한다.

연구자들이 실험실에서 샘플을 조사했을 때, 현미경으로 본 것은 분명히 살아 있는 박테리아였으며 지상으로부터의 오염은 실제로 불가능했기 때문에 500m 깊이에서 나왔어야 했다.
눈을 거의 믿을 수 없었다. 이 깊이에서 이전에는 분명히 생명체의 증거가 없었기 때문에 큰 센세이션이었다.

마침내 과학계가 반응하기 시작했다.
지하에서 살아있는 미생물의 첫 번째 발견은 전 세계적으로 연구원들을 움직이게 했다.
어느 곳에서나 지질 학자와 미생물 학자들은 땅을 파고 생명체의 흔적을 분석하기 시작했다.

▲ 광산에서 샘플링. © Greg Wanger, NASA / JPL, Gordon Southam / University of Queensland / CC-by-sa 2.5

낯선 지하세계, 생동감 넘치는 삶과 많은 질문

어디를 가든 지표면 돌 아래에는 생명이 있다.
해저, 현무암 및 화산 용암, 심지어 대륙 지각의 암석 화강암에서도 생명은 여전히 ​​지표면 아래 킬로미터에 있다. 박테리아, 바이러스 및 곰팡이는 심지어 깊이 3.5km까지 발견될 수 있다. 그들은 바닥 구조물 사이의 작은 틈새와 모공에 대량으로 앉아있다.

지표면보다 더 많아

최근 추정에 따르면 지하 생명체의 생활지역은 지표면 아래 5km, 수심 10km 아래에 도달 할 수 있다. 따라서 깊은 생물권의 부피는 200~230만 ㎦(입방 킬로미터) 이상으로 확장된다. 이것은 전 세계 대양의 두 배에 해당하는 크기다.
해수면보다 수백 배나 높은 압력과 120도까지의 온도에서도 지하 미생물은 여전히 ​​살아 있고 번성한다.

그 양은 엄청나다.
1g(그램)의 침전물이나 1ml(밀리리터)의 지하수에서 최대 1억 개의 미생물이 발견될 수 있다. 연구자들이 2018년에 계산한 것처럼 전체 대륙의 "지하실"에만 수백 조 세포가 수용될 수 있다. 해양 지각의 생활 환경은 아마도 이것보다 열등하지 않다.

Deep Carbon Observatory의 데이터에 따르면 지구 표면아래에는 지상 만큼 생명체가 있을 수 있다. 가능하다면 더 많이 존재한다. 땅속 바이오매스는 1천만~ 2천 2백만 톤의 탄소와 일치하기 때문에 1㎦(입방킬로미터)의 지하 암석마다 7.5톤에 해당한다.
연구원들의 보고에 따르면 이 양은 모든 인류의 탄소 질량보다 245~385배 더 크다.

▲ 전자 현미경으로 촬영한 지하 약 2,000 미터 깊이의 미생물. © Hiroyuki Imachi/ JAMSTEC

답변보다 더 많은 질문

그러나 우리 행성의 지하 세계에 사는 이 유기체는 누구일까? 지금까지 과학자들은 무작위 샘플로 이 외계 세계를 탐험했을 뿐이다. 따라서 심층 생물권의 대부분은 연구에 완전히 알려지지 않았다. 결국 박테리아와 고세균이 주로 그곳에 살고 있지만 진핵 생물과 다세포 생물도 있다.

과학은 완전히 낯선 세계를 한 번에 문을 열었지 만, 많은 의문의 여지가 있다.

'아무것도 아닌 것'에서 에너지를 생산할 수 있을까.

이 방법을 “학습”하고 수정된 형태로 언젠가 인류를 위한 에너지를 생산하는 데 사용할 수 있을까? 우리는 어떻게 지하의 뜨거움을 견딜 수 있을까? 어떤 효소와 단백질이 도움이 될까?

또한 매우 실용적인 질문도 있다.
심층 생물권의 거주자들은 지하 방사성 폐기물 저장에 어떤 영향을 미칠까?
그들은 위험할까, 심지어 사용될 수 있을까? 아니면 “오염 물질 섭취자” 또는 원료 공급 업체로 사용할 수 있을까?
지금까지 이러한 질문에 대한 답변은 거의 없었다. 지하 생물권은 여전히 ​​과학지도에서 하얀 빈자리다.    (계속) 

[더사이언스플러스=문광주]

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