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- 균근균은 전 세계적으로 배출되는 탄소의 1/3 이상 흡수
- 뿌리 균류의 탄소 흡수량은 연간 약 131억 2천만 톤의 CO2에 해당
- 이는 중국의 연간 총 CO2 배출량보다 많은 양

CO2 흡수제로서의 뿌리 버섯
균근균은 전 세계적으로 배출되는 탄소의 1/3 이상을 흡수한다.

지하 CO2 저장소:
식물 뿌리와 연결된 균근균은 지금까지 과소평가된 기후 시스템의 완충제다. 연구원들이 결정한 바와 같이, 그것들은 전 세계 CO2 배출량의 3분의 1을 상쇄하기에 충분한 탄소를 결합하기 때문이다. 이에 따르면 뿌리 균류의 탄소 흡수량은 연간 약 131억 2천만 톤의 CO2에 해당하며 이는 중국의 연간 총 CO2 배출량보다 많은 양이다. 지하 곰팡이 네트워크는 공생하는 식물 뿌리에서 탄소를 얻는다. (균근균:菌根菌, mycorrhizal fungi 기주 식물과 함께 균근을 형성하여 공생 작용을 하는 사상균의 일종) 

▲ 균근균의 가는 실은 식물 뿌리에서 탄소 화합물을 흡수하여 간접적으로 CO2 저장에 기여한다. © Dr. Yoshihiro Kobae /CC-by-sa 4.0

균근균의 광대한 지하 네트워크가 우리 발 아래에 펼쳐져 있다. 초원, 숲, 도로 및 집 아래 행성 전체에서 이 곰팡이의 균사체는 육상 식물의 뿌리와 긴밀한 공생 관계에서 싹을 틔운다.

거래:
곰팡이는 미네랄 영양소를 제공하고 식물은 탄소를 제공한다. 약 70~90%의 육상 식물이 그러한 곰팡이 공생에 들어가기 때문에 과학자들은 상당한 양의 탄소가 곰팡이를 통해 토양으로 들어가야 한다고 오랫동안 의심해 왔다. 그러나 정확히 얼마인지는 지금까지 불분명했다.

섭취량은 인위적 CO2 배출량의 1/3에 해당

케이프타운 대학의 하이디 호킨스(Heidi Hawkins)가 이끄는 연구원들은 이제 육지 식물이 공생하는 균근균에 실제로 얼마나 많은 탄소를 전달하는지 결정했다. 이를 위해 그들은 식물과 토양 사이의 과정을 다루는 65개의 연구 논문에서 194개의 데이터 세트에 대한 메타 분석을 수행했다. 연구를 바탕으로 호킨스와 그녀의 팀은 마침내 지하 균류 네트워크에서 전 세계 CO2 배출량의 양과 가장 중요한 역할을 하는 균근 균류 유형을 대략적으로 추정할 수 있었다.

▲ 식물-곰팡이 공생의 진화가 고생대와 그 이후 기간 동안 식물 방사선 및 대기 CO2 수준의 약 10배 감소와 어떻게 일치하는지에 대한 설명. (관련논문 : Mycorrhizal mycelium as a global carbon pool /current biology)

결과:
과학자들의 추정에 따르면 육상 식물은 그들과 관련된 균근 균류에 연간 최대 131억 2천만 톤의 CO2 등가물(CO2e)을 배출한다. 이는 화석연료로 인한 연간 전 세계 온실가스 배출량의 약 36%에 해당하며 세계 최대 온실가스 배출국인 중국의 이산화탄소 배출량보다 훨씬 많다.

나무 뿌리 곰팡이는 대부분의 CO2를 흡수한다.

가장 중요한 CO2 저장소는 소위 외생균근 균류다. Hawkins와 그녀의 동료들이 보고한 것처럼 그들은 연간 약 90억 7000만 톤의 CO2e를 결합한다. 외생균근의 경우 미세한 곰팡이 실이 식물 뿌리의 껍질에는 침투하지만 세포에는 침투하지 않는다. 조밀한 균사망은 보통 식물의 뿌리털 주위에 형성된다. 이 형태의 균근은 숲을 포함하여 나무의 공생 파트너에 특히 널리 퍼져 있다.

곰팡이 CO2 흡수체 중 2위는 열대 지방에서 주로 발견되는 수지상 균근균으로 연간 39억 3천만 톤의 CO2e를 배출한다. 이 균류에서는 미세한 균사가 식물 뿌리의 세포에 침투해 그곳에서 나무와 같은 가지를 형성한다. 황무지의 전형적인 에리코이드 균근균은 12억 톤의 CO2e로 3위를 차지했다. 이러한 내공생 균류는 네트워크를 형성하지 않지만 뿌리 세포에서 특수한 흡인 기관을 발달시킨다.

▲ 균근균의 염색된 균사체. © Oyarte-Galvez (AMOLF) / CC-by-sa 4.0

보관 기간은 아직 알려지지 않음

식물이 공기에서 흡수한 탄소는 유기 분자에 통합된 다음 균근균으로 전달되어 성장 촉진제 역할을 한다. 곰팡이는 그것을 사용하여 더 큰 균사체를 만들고 토양을 탐색하고 영양분을 흡수하는 데 사용한다. 그러나 탄소가 균근균에 얼마나 오래 남아 있고 얼마나 많은 탄소가 환경으로 다시 방출되는지는 여전히 불분명하다.

“일부는 작은 탄소 분자로 분해되고 거기에서 토양의 입자에 결합되거나 심지어 식물에 의해 재사용된다. 그리고 물론 일부 탄소는 다른 미생물이나 곰팡이 자체에 의해 호흡 중에 이산화탄소 가스로 손실된다”고 Hawkins는 설명했다. 균류는 일생 동안 무엇보다도 성장 중에 형성된 끈적한 화합물의 형태로 탄소를 배설한 다음 토양의 미생물에 의해 결합된다.

▲ 균근균이 토양에서 탄소를 얻고 잃는 것을 돕는 메커니즘그림. (A) 광합성 동안 식물 바이오매스로의 대기 중 CO2 감소(순 1차 생산성(NPP))는 균근 연관성에 따라 분류된 다양한 유형의 식물에 따라 다르다(Soudvilovkaia et al.46의 데이터). (B) 식물 유래 탄소는 활성 균사 네트워크를 구축하고 지원하는 데 사용된다. 전 세계적으로 더 빨리 자라는 식물(초본 대 목본, 활엽수 대 침엽수)이 균근 파트너에게 더 많은 광합성을 할당하는 것으로 보인다. 또한 AM이 있는 식생은 더 많은 토지를 덮고 더 높은 바이오매스를 갖지만 EcM 곰팡이는 토양 탄소 풀(본 연구의 %NPP 및 탄소 플럭스 값)에 상대적으로 더 많이 기여한다. (C) 탄소는 토양의 발판 역할을 하는 곰팡이 괴사 형태로 남아 있다. 또한 균근균은 특히 작은 유기 화합물이 광물 표면에 결합되어 안정화되는 균사에 삼출물, 키틴 또는 멜라닌을 포함하여 토양에 탄소를 유지하는 데 도움이 되는 화합물을 생성한다. (D) 탄소는 토양 호흡과 유기물의 분해 중에 소실되며, 아나플레우로틱으로 재고정되거나 토양에 남거나 대기 중으로 방출될 수도 있다. (출처: 관련논문 Mycorrhizal mycelium as a global carbon pool / current biology)

새로운 카본 싱크

"우리는 항상 주요 탄소 흡수원을 놓치고 있다고 의심했다"고 Hawkins는 말했다. 지금까지 숲은 나무가 자라면서 대기에서 CO2를 흡수하기 때문에 관심의 초점이었다. 그러나 엄청난 양의 탄소와 함께 이후에 일어난 일은 대부분 손실되었다. Sheffield 대학의 그녀의 동료인 Katie Field는 다음과 같이 덧붙였다. "균근균은 탄소 모델링, 보존 및 복구의 맹점을 나타낸다. 우리가 발견한 숫자는 엄청나다."

결정된 값은 팀이 강조하는 것처럼 여전히 정확한 값보다 추정치에 가깝다. 그럼에도 불구하고 규모는 이미 기후와 자연에 대한 곰팡이와 토양 생태계의 중요한 역할을 보여준다. "우리가 고대 토양 지원 시스템을 방해할 때 우리는 지구 온난화를 제한하고 우리가 의존하는 생태계의 건강과 탄력성을 약화시키려는 우리의 노력을 방해한다"고 Field는 말했다. 따라서 연구팀은 앞으로 자연 보전 및 환경 조치에 곰팡이가 더 많이 고려되어야 하며 그 기능에 대한 연구가 더욱 촉진되어야 한다고 경고했다.
(Current Biology, 2023; doi: 10.1016/j.cub.2023.02.027)
출처: Cell Press, University of Sheffield

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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