약 백만 톤의 설탕이 바다의 해초층 아래에 ​​숨겨져 있다.

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-05-03 16:35:19
  • -
  • +
  • 인쇄
3'50" 읽기
- 전 세계적으로 약 60만~130만 톤의 설탕이 수생 식물의 뿌리 부분에 저장돼 있다
- 320억 캔의 콜라와 같은 양
- 식물은 논, 늪 또는 습지대에서도 이러한 숨겨진 설탕 침전물을 생성할 수 있다.
- 해초 리조스피어의 자당이 미생물에 의해 분해되면 최대 154만 톤의 이산화탄소 방출
- 대략 33만 대의 자동차가 1년에 배출하는 이산화탄소의 양에 해당

해저에 많은 설탕
전 세계 해초 초원의 뿌리 사이에 약 백만 톤의 설탕이 저장되어 있다.


놀라운 발견:
엄청난 양의 설탕이 바다의 해초층 아래에 ​​숨겨져 있다는 연구 결과가 나왔다. 이에 따르면 전 세계적으로 약 60만~130만 톤의 설탕이 320억 캔의 콜라와 같은 수생 식물의 뿌리 부분에 저장돼 있다. 해조류는 스스로 사용할 수 있는 것보다 더 많이 생산할 때 이 설탕을 방출한다. 예상치 못한 것은 이 설탕이 박테리아에 의해 분해된 지 얼마 되지 않았다는 것이다. 

▲ 여기에 표시된 해왕성 풀 Posidonia Oceanica와 같은 해초는 놀랍게도 많은 양의 설탕을 해저로 방출한다. © HYDRA Marine Sciences GmbH

Neptunegrass Posidonia Oceanica와 같은 해초는 바다의 많은 해안 지역에서 무성한 수중 초원을 형성한다. 그들은 특히 종이 풍부하고 가치 있는 해양 서식지며 동시에 중요한 기후 완충 장치로 간주된다. 1제곱킬로미터의 해초는 육지의 숲보다 거의 2배 많이 그리고 35배 더 빨리 탄소를 저장한다. 그러나 많은 해양 지역의 해초층은 기후 변화와 수질 오염으로 인해 심각한 위협을 받고 있다. 세계 해초 인구의 최대 3분의 1이 이미 사라졌을 수 있다. 이 중요한 수생 식물과 그 생물학에 대해 가능한 한 많이 배우는 것이 훨씬 더 중요하다.

이러한 이유로 브레멘 막스 플랑크 해양미생물학 연구소의 매기 소긴(Maggie Sogin)이 이끄는 연구팀은 이제 처음으로 해초 초원의 뿌리 지역에서 무슨 일이 일어나고 있는지 자세히 조사했다. 이를 위해 그들은 Elba 섬, 카리브해 및 Kiel 근처의 발트해 해초 초원 아래 퇴적물에서 간극수 샘플을 채취했다. 그런 다음 가스 크로마토그래피와 질량 분석기를 사용해 샘플을 화학 분석했다.
▲ 해초 초원의 뿌리 부분에서 간극수 샘플을 채취하고 있다. © HYDRA Marine Sciences GmbH


바다 밑에서 발견한 달콤한 발견

놀라운 결과:
연구팀은 해조류의 뿌리 부분에서 비정상적으로 높은 농도의 당분을 발견했다. Sogin과 그녀의 팀은 "해초 초원 아래에 용해된 모든 유기 화합물의 약 40%가 설탕으로 구성돼 있다"고 보고했다. 이 설탕의 대부분은 설탕을 구성하는 분자인 자당으로 구성되어 있다. 그 농도는 때때로 50마이크로몰 이상에 이른다. 포도당, 트레할로스 또는 만니톨과 같은 다른 형태의 당도 수생 식물에서 발견되었다.

전체적으로 해조류 아래의 당 농도는 바다의 다른 곳에서 측정된 것보다 최소 80배 더 높았다. 전 세계 바다에 해초 지역이 얼마나 있는지 추정하면 그 양은 어마어마하다. "주로 자당 형태의 설탕 600만~130만 톤이 전 세계 해초 근권에 저장되어 있는 것으로 추산된다"고 설명했다. 막스 플랑크 연구소의 선임 저자 Manuel Liebeke. "그것은 대략 320억 개의 콜라 캔에 들어 있는 설탕의 양이다.” 

▲ 해초층의 뿌리 영역에서 용해된 유기 화합물(DOC) 및 자당의 농도. © Sogin et al./ Nature Ecology & Evolution, CC-by-sa 4.0

"오버플로 밸브"로서의 뿌리
연구원들이 측정한 가장 높은 당 농도는 해초 뿌리 사이의 간극수에서 발생했다. 그러나 더 면밀히 조사한 결과 뿌리 자체와 외부 세포층에도 특히 많은 양의 설탕이 함유되어 있음이 밝혀졌다. 과학자들에 따르면, 이것은 수생 식물이 잎에서 광합성을 통해 이 당을 생성한 다음 뿌리를 통해 일부를 토양으로 방출한다는 것을 시사한다.

Sogin의 동료 Nicole Dubilier는 "평균적인 빛 조건에서 식물은 자신의 신진대사와 성장을 위해 이 당의 대부분을 사용한다. 정오나 여름과 같이 매우 강한 빛이 있을 때 그들은 사용하거나 저장할 수 있는 것보다 더 많은 설탕을 생산한다. 그런 다음 그들은 과잉 자당을 근권(rooting zone)*으로 방출한다. 일종의 오버플로 밸브와 같다”고 설명했다.
*근권根圈, rhizosphere, rooting zone : 식물 뿌리둘레의 영역. 이곳에는 많은 미생물이 살고 있는데 토양의 다른 부분보다 더 많이 있을 뿐 아니라 그 종류도 여러 가지가 있다. 뿌리가 토양에서 분포되어 있는 범위권
▲ a, 퇴적물 간극 수위 프로파일은 이탈리아 엘바(Elba)의 지중해 P. 오세아니카 초원 아래 20 m, 1 m 떨어진 곳에서 수집되었다. 간극수 프로파일은 0에서 30 cm 깊이의 퇴적물 깊이에서 5 cm마다 수집된 샘플로 구성되었다.
▲ b, 플롯은 침전물 깊이에 걸쳐 간극수의 자당 농도를 보여 준다(수는 각 위치 및 샘플 깊이 조합에 대해 보고됨). 빨간색 점은 평균 농도  ± s.e.m을 나타낸다. 각 퇴적물 깊이의 샘플 크기는 그림에 표시. 자당 농도는 로그 규모로 표시된다. 설탕 농도는 외부 또는 가장자리보다 초원 내부에서 훨씬 더 높았다.
▲ c–e, 이탈리아 Elba의 지중해 초원에서 수집한 P. Oceanica 뿌리의 개략도, 광학 현미경(c, d) 및 매트릭스 보조 레이저 탈착/이온화 MS 이미지(e). 루트 단면의 1/4이 표시. e에서, 자당을 포함한 이당류(C12H22O11, 칼륨 부가물 [M + K]+, m/z 381.0754)의 분자 이온 분포(GC-MS 분석으로 확인됨)는 상대적 존재비가 뿌리 근피에서 가장 높았음을 보여준다.  상대 풍부도는 각 픽셀(10 μm)의 낮은 강도(파란색)에서 높은 강도(노란색)까지의 히트맵으로 시각화. rd, 근피; HD, 피하조직; c, 피질; l, lacunae; 에드, 내피; s, 스텔라.

설탕이 분해되지 않는 이유는 무엇일까?

해초에서 해저로 방출되는 설탕의 양은 놀라울 뿐만 아니라 이러한 설탕이 퇴적물에 남아 있다는 사실도 예상치 못한 것이라고 팀은 설명한다. 에너지가 풍부한 당 화합물은 일반적으로 자연에서 박테리아 및 기타 미생물에 의해 빠르게 분해되기 때문이다. 그러나 해초 초원의 뿌리 지역에서는 그렇지 않거나 제한된 정도로만 나타난다.

실험실에서 해조류에 대한 추가 실험을 통해 이것이 사실인 이유를 밝혀냈다. 그들은 설탕 외에도 수생 식물이 침전물에 카페인산과 치코르산과 같은 페놀을 방출한다는 것을 보여주었다. 이러한 고리 모양의 탄화수소는 항균 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 페놀은 산소가 풍부한 조건에서 빠르게 분해되지만 해저의 산소가 부족한 환경에서는 그렇지 않다.

연구팀은 “산소가 부족한 퇴적물에서는 해조류에서 생성된 페놀이 산화되지 않아 축적될 수 있다”고 설명했다. "이것은 자당의 미생물 분해를 억제하여 이러한 당이 해초 근권에 축적되도록 한다.”

탄소 순환의 중요한 완충제

Seagrass는 아마도 하층토를 설탕으로 비옥하게 하는 유일한 수생 식물은 아닐 것이다. Sogin과 그녀의 동료들은 "다른 수생 식물의 rhizospheres에도 고농도의 자당과 기타 설탕이 포함되어 있을 수 있다고 생각한다"고 썼다. 적어도 관련이 없는 여러 해초 종과 한 맹그로브 숲에서는 뿌리 지역에서 이미 유사하게 높은 당도를 발견했다. 식물은 논, 늪 또는 습지대에서도 이러한 숨겨진 설탕 침전물을 생성할 수 있다.

따라서 해초 초원 아래의 "달콤한 오아시스"의 발견은 잠재적으로 지구 탄소 순환에 매우 중요하다. 해초 초원이 손상되지 않는 한 식물성 설탕은 탄소와 결합하여 탄소 저장에 기여하기 때문이다. 그러나 이러한 수생식물이 한 지역에서 사라지면 억제성 페놀이 없어지고 해저에 저장된 당류가 박테리아에 의해 분해될 수 있다.

Liebeke는 "우리의 계산에 따르면 해초 rhizosphere의 자당이 미생물에 의해 분해되면 최대 154만 톤의 이산화탄소가 전 세계적으로 대기 중으로 방출될 것"이라며 "이는 대략 33만 대의 자동차가 1년에 배출하는 이산화탄소의 양에 해당한다"고 설명했다. 이 연구는 이러한 "블루 카본 저장소"를 보존하는 것이 얼마나 중요한지 분명히 한다.
(자연 생태 및 진화, 2022, doi: 10.1038/s41559-022-01740-z)
출처: 막스 플랑크 해양 미생물학 연구소(Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]

  • 글자크기
  • +
  • -
  • 인쇄
뉴스댓글 >

주요기사

+

많이 본 기사

Basic Science

+

Technology

+

Photos

+