지구 최초의 박테리아는 자신만의 햇빛 가림막을 만들었다

[사이언스 데일리] 생명이 처음 시작되던 시기의 지구에는 지구를 보호하는 오존층이 없었기 때문에 빛에 의존하는 철산화 박테리아는 자신의 주위에 철 광물을 형성해 파괴적인 자외선으로부터 자신을 보호했다. 이 방식으로 생명체는 30-40억 년 전의 거친 환경에서 살아남을 수 있었다.

(2015년 10월 26일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 튀빙엔 대학

철산화 박테리아를 위한 차양: 이 자그마한 유기체는 자신의 세포 주위에 철광물, 혹은 녹을 형성하여 양산을 만들었다. 이것으로 유해한 자외선으로부터 자신을 보호할 수 있었다. Credit: Kappler/Gauger/University of Tübingen

철산화 박테리아를 위한 차양: 이 자그마한 유기체는 자신의 세포 주위에 철광물, 혹은 녹을 형성하여 양산을 만들었다. 이것으로 유해한 자외선으로부터 자신을 보호할 수 있었다. Credit: Kappler/Gauger/University of Tübingen

생명이 처음 시작되던 시기의 지구에는 지구를 보호하는 오존층이 없었기 때문에 빛에 의존하는 철 산화 박테리아는 자신의 주위에 철 광물을 형성해 파괴적인 자외선으로부터 자신을 보호했다. 이 방식으로 생명체는 30-40억 년 전의 거친 환경에서 살아남을 수 있었다. 튀빙엔 대학의 지구미생물학자 (geomicrobiologists) 티나 가우거와 안드레아스 카플러 교수는 캐나다 에드먼튼에 위치한 앨버타 대학의 커트 콘하우저 교수와 협력하여 일련의 실험을 수행한 수 이런 결론에 도달했다. 이 연구결과는 ‘지질학 (Geology)’ 의 최신호에 실렸다.

오늘날 우리가 들이마시는 대기에는 산소가 약 20퍼센트 정도 포함되어 있는데 이것은 많은 수의 유기체에게 필수적일 뿐만 아니라 태양에서 오는 위험한 빛으로부터 생명체를 보호해 준다. 햇빛이 비치면 대기 중의 산소분자는 반응을 통해 오존을 형성한다. 성층권에서 오존층은 우주로부터 오는 해로운 자외선을 흡수하여 자외선이 일으키는 손상으로부터 사람, 동물 그리고 식물들을 보호해준다. 30에서 40억년 전에는 대기권에 산소가 거의 없고 오존층도 없었다. “지구의 표면, 그리고 얕은 물 속에서는 매우 강한 자외선을 받을 수 밖에 없었습니다.” 안드레아스 카플러의 설명이다. “하지만 미생물은 생겨났죠. 그게 어떻게 가능했는지가 궁금했습니다.”

빛을 필요로 하는 어떤 박테리아는 녹아 있는 철 (Fe2+) 을 섭취할 수 있으며 햇빛이 있을 때 광합성을 할 수 있다. 하지만 오늘날의 녹색식물과 달리 이들은 그 과정에서 산소를 방출하지 않는다. 이 과정에서는 녹을 비롯한 여러 철 광물들이 폐기물로 방출된다. 철 광물들은 특별한 성질을 가지고 있는데, 바로 해로운 자외선을 흡수한다는 것이다. 하지만 광합성에 필요한 햇빛의 일부는 여전히 박테리아가 사용할 수 있다. “광물을 형성하기 위해 필요한 철은 오늘날보다 훨씬 풍부하게 바다에 존재하고 있었습니다.” 카플러의 말이다. 광합성을 하는 박테리아가 이 당시 초기 바다에 살면서 철을 산화시켰다는 것을 보여주는 증거는 여러 가지가 있다. “엄청난 양의 철을 함유한 호상철광층이라고 불리는 암석이 이때 형성되었고, 이것을 오늘날에도 여전히 볼 수 있습니다. 가장 큰 철 퇴적층입니다.”

실험을 통해 이들 지구미생물학자들은 박테리아를 강력한 자외선에 노출시켰다. 박테리아들이 만들어내는 철 광물이 있는 환경과 없는 환경 모두에서 실험을 했다. “자신들이 만들어낸 녹이 있는 환경에서는 훨씬 많은 수의 박테리아들이 살아남아 활동했습니다.” 티나 가우거의 말이다. “박테리아 세포의 DNA 손상이 덜했다는 것도 알 수 있었습니다. 실험환경에서 햇빛 가림막으로 이용할 수 있는 광물이 있는 경우에 그런 광물이 없는 경우보다 더 많은 박테리아들이 살아남았습니다.” 이번 발견은 연구자들이 강력한 자외선이 있음에도 불구하고 어떻게 초기 유기체들이 살아남았는지, 그리고 충분한 햇빛이 닿는 얕은 바다에서 어떻게 생명체가 생겨날 수 있었는지를 이해하는 데 도움을 준다.

참고문헌

Tina Gauger, Kurt Konhauser, Andreas Kappler. Protection of phototrophic iron(II)-oxidizing bacteria from UV irradiation by biogenic iron(III) minerals: Implications for early Archean banded iron formation. Geology, 2015; G37095.1 DOI: 10.1130/G37095.1

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카테고리:번역, 기타생물, 사이언스 데일리, 생물학, 선캄브리아시대, 지질학

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