3'20" 읽기
- 세계에서 가장 오래된 해양 DNA, 명백히 확인된 가장 오래된 환경 DNA 샘플 중 하나
- 다른 샘플에서 팀은 54만년 된 규조류 DNA도 확인
- 지속적으로 약 0도의 낮은 온도와 낮은 산소 함량, UV방사선도 완전히 부족
- 100만 년 전의 퇴적물 DNA 검출은 해저에 포함된 해양 생물의 게놈이 기존에 생각했던 것보다 오래 보존되었음을 시사

가장 오래된 해양 DNA 발견
남극해 퇴적물 핵에는 백만 년 된 유전 물질이 포함돼 있다.

연구원들이 처음으로 남극해의 퇴적물 샘플에서 백만 년 된 DNA를 발견했다. 진핵 생물에서 파생된 이 게놈은 세계에서 가장 오래된 해양 DNA이자 이제까지 명백히 확인된 가장 오래된 환경 DNA 샘플 중 하나다. 다른 샘플에서 팀은 54만년 된 규조류 DNA도 확인했다. 이것은 해양 퇴적물 분석에서 이 조류 그룹의 유전 물질에 대한 가장 오래된 증거다. 

▲ sedaDNA 샘플링이 수행된 코어링 사이트에는 U1534(포클랜드 고원), U1536(도브 분지) 및 U1538(피리 분지)이 포함된다. IODP23에서 적용되고 ref를 사용하여 생성된 맵. (출처: 관련논문 Ancient marine sediment DNA reveals diatom transition in Antarctica)

공기, 집 먼지, 토양 또는 심해의 퇴적물에서 유전 분자 DNA는 생물 내부뿐만 아니라 환경에서도 자유롭게 발견된다. 유기체가 피부 조각, 대변, 소변 또는 타액을 방출하거나 생물이 죽어 분해될 때마다 세포 잔류물과 그에 따른 유전 물질의 흔적이 환경으로 유입된다. 따라서 이 환경 DNA를 분석함으로써 어떤 유기체가 이 환경에 살았는지 추론할 수 있다.

해저에서 DNA 검색

해양 퇴적물의 DNA 분석은 특별한 실마리를 밝힐 수 있다. 접근하기 어렵고 거의 탐험되지 않은 생태계에 대한 통찰력을 제공하기 때문이다. 그러나 침전물 DNA(SedaDNA)는 일반적으로 미량으로만 존재하고 유전 물질 가닥이 종종 환경 영향에 의해 심하게 분해되기 때문에 분석하기 어렵다. 또한 퇴적물 DNA가 얼마나 오래 보존되고 탐지될 수 있는지도 불분명했다.

그래서 태즈메이니아 대학의 린다 암브레히트(Linda Armbrecht)와 그녀의 동료들은 남극해의 여러 위치에서 심해 퇴적물에서 핵심을 채취해 고대 환경 DNA를 조사했다. 그들은 그러한 차갑고 깊은 바다 퇴적물에서 유전 물질은 특히 오랜 시간 동안 생존할 수 있다고 가정했다.
"그들은 지속적으로 약 0도의 낮은 온도와 낮은 산소 함량을 가지고 있으며 UV 방사선도 완전히 부족하다"고 팀이 말했다. 이것은 DNA 분해 반응을 억제한다.

▲ 퇴적물 코어에서 DNA 분석을 위한 샘플 채취. © Sarah Kachovich

백만 년 전의 DNA

연구자들은 그들이 찾고 있던 것을 실제로 발견했다. 그들의 분석은 박테리아, 고세균 및 진핵 세포에 할당될 수 있는 거의 총 30만 개의 DNA 단편을 산출했다. 더 이상 분류할 수 없는 진핵생물이 약 20%로 가장 많은 비율을 차지했고, 그 다음이 규조류였다. Armbrecht와 그녀의 동료들이 보고한 바와 같이 그들의 DNA 함량은 특히 마지막 빙하기 이후 퇴적된 퇴적물에서 약 50%로 증가했다.

그러나 가장 중요한 것은 분해를 기반으로 과학자들이 SedaDNA의 나이를 결정할 수 있다는 것이다. 그리고 이것은 놀라운 사실을 밝혀냈다. 남아메리카의 남단과 서남극의 북단 사이의 스코샤 해에서 채취한 샘플에서 75만년에서 100만년 사이의 진핵생물 DNA 염기서열이 발견됐기 때문이다.

퇴적 DNA의 가장 오래된 증거

Armbrecht는 "이것은 지금까지 인증된 해양 SedaDNA 중 가장 오래된 것이다.
이전에 가장 오래된 퇴적물 DNA는 약 40만년 된 동굴 퇴적물과 약 65만년 된 영구 동토층 퇴적물에서 분리되었다. 현재 DNA로 탐지되는 유기체 중에는 DNA가 54만년 이상 된 수많은 규조류가 있었다. 따라서 그들은 해양 퇴적물에서 분리된 세계에서 가장 오래된 규조류 게놈을 나타낸다.

샘플 중 하나에서 팀은 250만 년 전으로 보이는 진핵생물의 DNA도 검출했다. Armbrecht와 그녀의 팀은 "그러나 우리는 이 결과를 매우 조심스럽게 본다"며 "이상적인 조건에서도 DNA는 약 100만 년 이상 지속되지 않을 것으로 예상되기 때문이다"고 강조했다. 따라서 샘플은 연대 측정에 기반한 가정보다 젊을 수 있다.

과거 생태계에 대한 통찰력

전체적으로 100만 년 전의 퇴적물 DNA 검출은 해저에 포함된 해양 생물의 게놈이 기존에 생각했던 것보다 오래 보존되었음을 시사한다. 따라서 해양 퇴적물 샘플은 과거 생태계와 그 변화에 대한 완전히 새로운 통찰력을 얻을 수 있는 기회를 제공한다. 예를 들어, 이 연구는 빙하기의 따뜻한 기간에 규조류의 수와 이에 따라 극지방의 중요한 1차 생산자가 어떻게 증가했는지 보여주었다.

그러한 마지막 변화는 약 1만4500년 전에 일어났다. "이것은 자연 온난화로 인한 남극 대륙의 급격한 해수면 상승과 대규모 얼음 손실과 관련된 흥미롭고 중요한 변화다"고 공동 저자인 본 대학의 Michael Weber가 설명했다. 이에 따라 마지막 빙하기가 끝나면 남극해의 해양 생산성도 증가하게 된다.

이러한 통찰력은 남극 대륙 주변의 해양 생물이 현재와 미래의 기후 변화에 어떻게 반응할지 예측하는 데 도움이 될 수 있다.
(nature communiations, 2022, doi: 10.1038/s41467-022-33494-4)
출처: Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]