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- 깊은 생물권에 사는 미생물은 빛, 영양분도 거의 없이, 고압에서 수백만 년 동안 생존
- 지금까지 살아있는 미생물이 발견된 가장 오래된 지질층은 해저 아래 1억년 전의 퇴적물
- 남아프리카의 Bushveld 단지에서 암석 샘플을 채취하여 조사
- 미생물 개체군이 약 20억 년 동안 이 암석에 살고 있음을 암시하는 증거
- 화성에서 나이가 비슷한 암석을 가져올 것으로 예상

가장 오래된 살아있는 미생물이 발견됐다?
20억 년 된 암석에서 미생물을 발견

과학자들이 남아프리카의 암석층에서 세계에서 가장 오래된 살아있는 미생물을 발견했을 수도 있다. 이 단세포 유기체는 아마도 외부 세계와 격리된 이 암석 틈에서 20억년 동안 살아남았을 것아다. 그들이 무엇을 먹었는지, 어떤 종에 속하는지는 아직 불분명하다. 그러나 이번 발견은 지구상의 초기 생명체에 대한 귀중한 단서를 제공하고 화성에서 생명체를 찾을 수 있다는 희망을 불러일으킨다. 

▲ 미생물 세포: 이 이미지는 미생물의 녹색 DNA를 보여준다. © Y. Suzuki, S.J. Webb, M. Kouduka 외. 2024/ 미생물생태학/ CC BY NC ND

박테리아, 곰팡이 및 기타 미생물은 지구상 어디에나 존재하며 심지어 지구 표면 아래 수 킬로미터 깊이에서도 발견될 수 있다. 깊은 생물권에 사는 이 작고 탄력 있는 주민들은 빛 없이도, 영양분도 거의 없이, 높은 압력에서 수천 년, 심지어 수백만 년 동안 생존한다. 이를 수행하는 방법은 지금까지 부분적으로만 밝혀졌다.

그러나 초기 연구에 따르면 암석 깊은 곳에 사는 미생물은 주로 지구화학적 반응과 방사성 붕괴로 생성된 수소를 통해 에너지와 영양분을 얻는 것으로 나타났다. 게다가 이 생물들은 저예산으로 슬로우모션으로 살아가는 것처럼 보인다. 유사한 전략이 최초의 육상 생명체에서도 사용되었을 수 있다.

고대 암석에서 흔적을 찾아서

연구자들에게 깊은 생물권의 미생물은 우리 지구의 과거를 살펴볼 수 있는 기회다. 특히 이러한 유기체가 수백만 년 동안 고립되어 살았고 느린 속도로 인해 거의 진화하지 않았을 때 더욱 그렇다. “지금까지 살아있는 미생물이 발견된 가장 오래된 지질층은 해저 아래에 있는 1억년 전의 퇴적물이었다”고 도쿄 대학의 스즈키 요헤이(Yohey Suzuki)는 말했다. 하지만 그보다 더 오래된 미생물도 있을까?

이를 알아보기 위해 Suzuki가 이끄는 팀은 남아프리카의 Bushveld 단지에서 암석 샘플을 채취하여 조사했다. 6만6천평방킬로미터의 면적은 백금광석을 비롯한 풍부한 광석 매장지로 알려져 있으며, 마그네슘과 철도 풍부하다. 최대 9km 두께의 암석층은 수십억 년 전에 마그마가 지구 내부에서 솟아올라 지구 표면 아래에서 천천히 냉각되면서 형성되었다.

▲ 개방형 균열이 있는 드릴 코어 샘플: 이 이미지는 암석 샘플이 수집되는 동안 현장에서 촬영되었다. 이후 추가 조사를 위해 직경 85mm, 길이 30cm의 드릴 코어를 일본으로 가져왔다. © Y. Suzuki/ CC BY NC ND

초점이 맞춰진 드릴 코어

그 이후로 고대 암석은 최소한의 변형만 겪었다. 따라서 새로운 균열은 거의 나타나지 않았으며 이 암석층의 구멍은 오늘날까지 외부 세계와 거의 격리된 상태로 남아 있다. 이러한 형성 방식으로 인해 연구자들은 암석 단지가 오늘날까지 살고 있는 고대 미생물에게 안정적인 서식지를 제공했다고 믿는다.

스즈키와 그의 동료들은 깊이가 약 15m인 이 지층에서 길이 30cm의 바위를 다이아몬드 톱으로 얇게 잘라냈다. 그런 다음 그들은 암석 샘플의 나이를 조사하고 암석 사이의 공간에 아직 살아있는 미생물이 있는지 확인했다.

20억 년 동안 고립된

연구자들은 실제로 그들이 찾고 있던 것을 발견했다. 그들은 점토 광물로 가득 찬 20억 년 된 암석의 균열에서 살아있는 미생물의 밀집된 군집을 발견했다. 적외선 분광법, 전자현미경, 형광현미경 등을 이용해 미생물의 DNA와 단백질을 분석한 결과, 해당 미생물은 실제로 암석에서 나온 것이며 시료채취나 조사 과정에서 오염을 통해 그곳에 도달한 것이 아니라는 사실이 확인됐다.

그들은 또한 오랫동안 암석 속에 혼자 있었다. “점토 광물이 빽빽하게 쌓여 있어 미생물 세포가 암석 정맥으로 빠져나가고 들어가는 것을 심각하게 제한한다”고 팀은 설명했다. 따라서 검출된 미생물은 장기간 동안 외부 세계와 대부분 차단되었다.

분석은 유기체 자체의 나이를 밝히지 않았다. 스즈키(Suzuki)와 그의 동료들에 따르면, 미생물 개체군이 약 20억 년 동안 이 암석에 살고 있음을 암시하는 증거가 있다. 따라서 이는 살아있는 미생물에 대한 가장 오래된 발견을 의미할 수 있다.

▲ 남아프리카 공화국 부시벨트 화성암 단지의 20억 년 된 마픽 암석의 미네랄이 가득한 맥에서 지하 미생물 식민지화. 연구된 드릴 코어 샘플의 모습과 드릴링 유체 오염의 시각적 검사. (A)와 개방 균열 후(B)의 세척된 전체 라운드 코어 샘플의 사진. (C)와 (D) UV 조명 없이 추가 분석을 위해 수집된 암석 조각의 사진. (E)와 (F) UV 조명 없이 균열 표면의 사진. B와 C의 노란색 화살표는 균열을 가리키고, E의 노란색 사각형은 F에 표시된 영역을 나타낸다. (출처:Subsurface Microbial Colonization at Mineral-Filled Veins in 2-Billion-Year-Old Mafic Rock from the Bushveld Igneous Complex, South Africa)

점토광물을 식량원으로?

그러면 이 고대 미생물 군집은 그동안 무엇으로 살았을까? Suzuki와 그의 동료들은 점토 기질이 유기체에게 필요한 자원을 제공했다고 의심한다. 연구진은 “토착 미생물은 점토 광물에서 이용 가능한 무기 및/또는 유기 공급원의 에너지를 대사하여 점토 정맥에서 생존한다”고 추측한다. 이 암석 거주자들의 정확한 식량 공급원, 대사 특성 및 정체성을 명확히 하기 위해서는 추가 연구가 필요하다.

지구와 화성의 초기 생명체 탐험

이러한 미생물로부터 얻은 지식은 지구상 생명의 시작을 더 깊이 탐구하는 데 도움이 될 수 있다. “이러한 미생물의 DNA와 게놈을 연구함으로써 우리는 지구상 초기 생명체의 진화를 이해할 수 있을 것이다”고 Suzuki는 말했다.

이 발견은 또한 예를 들어 미래에 화성이나 다른 행성에서 가져올 유사하게 오래된 암석 샘플에서 외계 생명체를 더 쉽게 검색할 수 있게 해준다. “화성의 암석은 일반적으로 지구 암석보다 훨씬 오래되었다. 현재 화성에서 활동 중인 NASA의 Perseverance 탐사선은 우리가 이 연구에서 사용한 것과 나이가 비슷한 암석을 가져올 것으로 예상된다”고 Suzuki는 말했다. "화성 샘플에서 무엇을 찾을 수 있을지 기대된다."
(Microbial Ecology, 2024; doi: 10.1007/s00248-024-02434-8)
출처: University Tokio

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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