■ 연구성과

- 호흡에 산소 대신 황산염을 이용한 미생물의 기록 -

서울대학교 심민섭 교수(지구환경과학부)가 주관하고 동경공업대학의 숀 맥글린 교수 등이 참여한 국제공동연구팀은 황산염을 이용한 무산소 호흡의 필수 효소가 남기는 화학적인 기록을 최초로 규명했다.

* 광합성이나 화학합성 생물을 제외한 대부분 생물은 생활에 필요한 에너지를 호흡을 통해 확보

* 인류를 비롯한 동물은 호흡을 통해 유기물을 산화시키고 산소 환원시키는 반면, 미생물은 산소 대신 황산염이나, 질산염, 산화철 등의 물질을 환원시키는 무산소 호흡도 가능

미생물 활동이 남기는 화학적인 화석 중 하나는 같은 성질을 지니지만 질량에 미세한 차이가 있는 동위원소 사이의 비율 변화이며 (동위원소 분별작용), 황산염환원을 통한 무산소 호흡 또한 황 동위원소 조성을 변화시킨다.

* 지구 형성 이후 무산소 환경이 지속되었던 20억년 동안 미생물은 생명과 지구의 진화에 매우 중요한 역할을 담당

* 삼엽충이나 공룡과 같이 물리적인 화석기록을 남기기 어려워 이들의 활동은 주로 화학적인 기록을 통해 연구

심교수 연구팀은 황산염환원에 참여하는 개별 효소들의 역할에 주목해, 첫 번째 환원효소(APS 환원효소)의 반응속도가 가벼운 동위원소(32S)의 경우 무거운 동위원소(34S)와 비교해 2% 빠른 것을 확인하였고, 이를 기준으로 미생물의 활동이 동위원소 비율 변화에 미치는 영향을 새롭게 제안하였다.

현재 생물에 의해 일어나는 황 동위원소 조성 변화는 대부분 이번 연구결과 보다 큰 경향을 보이지만, 25억 보다 오래된 퇴적암의 황 동위원소 조성은 이보다 작은 값을 지시한다. 이는 당시 해양환경에서 황산염환원 미생물이 유기물을 호흡에 현재보다 쉽게 이용할 수 있었음을 의미하며, 대기 중 산소 농도가 현재의 0.001% 미만에 불과했던 25억년 이전의 지구에서는 산소를 이용해 호흡하는 생명체들의 활동이 어려웠고, 그 결과 황산염환원 미생물들이 현재보다는 유리한 생태적 지위를 확보할 수 있었기 때문이다.

심교수는 “동위원소를 기반으로 한 미생물 활동의 이해는 과거의 생명 활동뿐만 아니라, 암석권 깊은 곳에서 황을 기반으로 한 미생물의 활동을 확인하고 나아가 외계행성 물질에서 생명 활동을 추적하는 데도 이용될 수 있을 것으로 기대된다”며 연구의 의의를 밝혔다. 본 연구결과는 네이처의 자매지인 네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications) 온라인판에 2019년 1월 10일(목) 게재됐다.

[붙임] 1. 연구결과 2. 용어설명 3. 그림설명 4. 연구진 이력사항

자료제공 : 지구환경과학부(02-880-6632)