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- 영양소 부족을 식물성 플랑크톤의 "마지막 적"으로 가정하면 조류의 전 세계 생산성은 세기 말까지 8% 감소할 것
- 플랑크톤이 이러한 부족에 적응한다고 가정하면 생산성은 5%까지 증가
- "식물성 플랑크톤이 인간이 초래한 기후 변화에 면역이 있다는 것을 의미하지는 않는다"

기후 변화: 플랑크톤은 이전에 생각했던 것보다 더 탄력적이다.

영양 결핍에 적응하는 산소 생성 해초

과학자들은 이제 해양 식물성 플랑크톤이 이전에 생각했던 것보다 미래의 기후 변화에 더 탄력적일 수 있음을 발견했다. 일부 종은 수온 상승에 따른 영양 부족 증가에 적응하고 있다. 이전 가정과 달리 소규모 산소 공장의 광합성 속도는 감소하는 대신 증가할 수도 있다. 

▲ 식물성 플랑크톤이 영양 결핍에 적응하면 일부 지역에서 생산성이 크게 증가할 수 있다(빨간색 표시). © Eun Young Kwon and M.G. Sreeush

식물성 플랑크톤은 빛이 풍부한 해수층 최상층에 서식하는 작은 조류다. 주변 해수에서 용존탄소, 질산염, 인을 추출해 유기물과 산소를 ​​생산해 광합성을 한다. 우리가 숨쉬는 매초마다 산소 분자는 해양 식물성 플랑크톤에서 나온다. 따라서 기후 변화가 소규모 산소 생산자에게 미칠 영향은 지구의 거주 가능성에 매우 중요하다.

그러나 지금까지 식물성 플랑크톤의 연간 광합성 속도가 향후 수십 년 동안 실제로 어떻게 발전할지는 여전히 불확실했다. 한 가지 이론은 바다의 상층부가 계속 따뜻해지면서 점차 영양분이 부족해지기 때문에 줄어들 수 있다는 것이다. 그것은 그들의 생계 수단인 식물성 플랑크톤을 박탈할 것이다.

하와이 바다의 서프라이즈

그러나 그 반대일 수도 있고, 진행 중인 기후 변화에도 불구하고 전 세계 광합성 속도가 감소하는 대신 증가할 수도 있다. 한국 기초과학연구원의 권은영이 이끄는 연구원들의 현재 시뮬레이션이 제안하는 것이다. 그들은 하와이에서 장기간에 걸친 연구에서, 식물성 플랑크톤 데이터를 평가함으로써 이러한 연관성에 대한 결정적인 징후를 얻었다.

관측 데이터에 따르면 북태평양의 식물성 플랑크톤 생산량은 지난 30년 동안 꾸준히 증가했으며, 심지어 상층 해양에서 인이 고갈된 기간에도 마찬가지였다. 권씨와 그녀의 팀에 따르면 이것은 적어도 일부 식물성 플랑크톤 종들이 변화된 조건에 그들의 신진대사를 적응시키는 방법을 분명히 발견했음을 나타낸다.

이러한 조정이 미래에 전 세계적으로 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 연구하기 위해 팀은 슈퍼컴퓨터에서 CESM2(Community Earth System Model)를 사용해 일련의 기후 모델 시뮬레이션을 실행했다. 그들은 두 가지 다른 시나리오를 시뮬레이션했다. 식물성 플랑크톤이 임박한 영양소 부족에 적응할 수 있거나 그렇게 할 수 없다.

▲ 해양 성층화, 인산염 농도 및 NPP의 현재 의미 및 미래 변화. 왼쪽 열(A, C, E, G)의 패널은 현재 평균(1990–2010 평균)을 나타내고 오른쪽 열(B, D, F, H)은 미래 변화(2080–2100 평균 - 1990)를 보여준다. -2010년 평균). (A 및 B) 100m에서의 부력 빈도(성층화 측정). 부력 주파수는 N2 = −g/ρ0⋅(∂ρ/∂z)로 정의되며, 여기서 g는 중력 가속도, ρ0는 기준 밀도, ρ는 국소 밀도, z는 깊이다. 고정 C:P 실험의 추정치가 표시됩니다. (C 및 D) 고정된 C:P 실험에서 시뮬레이션된 표면 PO4 농도. (E 및 F) 고정된 C:P 실험에서 시뮬레이션된 수직 통합 해양 NPP. (G 및 H) 식물성 플랑크톤 C:P와 PO4 농도 사이의 쌍곡선 관계를 갖는 변수 C:P 실험에서 시뮬레이션된 수직 통합 해양 NPP. (출처: 관련논문 Fig. 3 Nutrient uptake plasticity in phytoplankton sustains future ocean net primary production / Science Advances 21 Dec 2022 Vol 8, Issue 51)

광합성 속도가 증가할 수 있음

결과:
영양소 부족을 식물성 플랑크톤의 "마지막 적"으로 가정하면 조류의 전 세계 생산성은 세기 말까지 8% 감소할 것이다. 그러나 플랑크톤이 이러한 부족에 적응한다고 가정하면 생산성은 5%까지 증가할 수 있다. "지역적으로는 이러한 미래 생산성 차이가 훨씬 더 높아 아열대 지역에서는 최대 200%에 이를 수 있다"고 Kwon은 말했다. 이러한 생산성 향상은 또한 바다가 대기에서 더 많은 이산화탄소를 흡수하여 지표면 아래에 저장할 수 있음을 의미한다.

그러나 조류는 어떻게 광합성 과정을 완전히 바꿀 수 있을까? "낮은 인 조건에서 개별 식물성 플랑크톤 세포는 인을 황으로 대체할 수 있니다"고 Kwon의 동료인 David Karl은 설명했다. 표층수의 영양분 농도가 낮은 아열대 지역의 조류는 또한 일반적으로 세포에 저장된 탄소 양당 더 적은 양의 인을 흡수하도록 적응했다. 지구적 관점에서 볼 때 전반적으로 인을 덜 필요로 하는 종은 지구 온난화의 결과로 더 흔해질 수 있다.

적응 가능하지만 최후 보루는 아님

그러나 연구팀의 결과가 아직 완전히 명확하다는 의미는 아니다. "우리 연구는 지구적 규모의 생태계 변화에 대한 생물학적 완충의 중요성을 보여주지만 식물성 플랑크톤이 인간이 초래한 기후 변화에 면역이 있다는 것을 의미하지는 않는다"고 Kwon은 경고했다.

예를 들어, 바다의 산성화 증가는 석회질 조류와 같은 특정 식물성 플랑크톤 종에서 점점 더 얇은 석회질 골격을 형성하게 한다. 이것은 그러한 종을 대체하고 지금까지 알려지지 않은 영향으로 "생태계의 대규모 변화로 이어질" 수 있다.
(Science Advances, 2022; doi: 10.1126/sciadv.add2475)
출처: Institute for Basic Science (IBS), Amerikanische Vereinigung zur Förderung der Wissenschaft (AAAS), Science Advances
한국기초과학연구소(IBS), 미국과학진흥협회(AAAS), 사이언스 어드밴스

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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