이산화탄소를 감축하는 환경 미생물 무리

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이산화탄소를 감축하는 '석회화 미생물'

 

지구 표면의 70%를 차지하는 바다에는 무수히 많은 종류의 생명체가 번성하고 있다. 그 중에는 단세포 미생물의 모습으로 광합성을 하여 산소를 배출하는 대신 이산화탄소를 흡수하는 식물 플랑크톤 종류들이 있다. 이들 플랑크톤 중에는 그들의 세포를 둘러싸는 보호벽을 탄산칼슘으로 구성하는 종류들이 있다. 이들 식물 플랑크톤은 해수 속의 이산화탄소를 흡수하는 동시에, 수중의 칼슘 성분과 이산화탄소를 결합시켜 탄산칼슘을 만들어 그들의 세포를 보호하는 막으로 만든다. 이들 하등 셍명체가 수명을 다하면 해저로 가라앉아 차곡차곡 석회암층을 형성한다. 그래서 해양생물학자들은 이들을 '석회화 미생물'이라 부른다.

 

 

 

석회암 속에서 발견되는 석회화 미생물의 화석이다.

 

 

석회(탄삼칼슘)를 만드는 미생물과 하등 동물​

 

대표적인 석회화 미생물에는 플랑크톤에 속하는 두 무리의 하등 생명체와 한 무리의 홍조류(紅藻類), 그리고 해면 무리가 있다. 지구 역사에서 지금까지 석회석을 가장 많이 만들었던 생명체는 아래에 소개하는 하등 생명체들이었다. 

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플랑크톤 중에 두 종류가 특히 석회암을 해저에 퇴적하는데 공헌했는데, 하나는 얕은 수심에 살면서 광합성을 하는 식물성 플랑크톤인 '코코리토포레'이고, 다른 하나는 태양이 비치지 못하는 심해에서 번성하는 원생동물 플랑크톤인 '포라미니페라'이다. 이들은 오늘날에도 세계의 모든 바다에 살면서 해저에 석회 성분을 침전시키고 있다.

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1. 식물성 플랑크톤 코코리토포레(Coccolithophore)

 

코코리토포레(석화비늘편모조) 종류는 햇빛이 잘 드는 해면에서 광합성을 하는 세포 1개로 된 식물성 플랑크톤이다. 모든 바다에서 볼 수 있는 이들의 세포는 잘 가공된 보석처럼 생긴 석회 껍데기로 싸여 있다. 이들이 수명을 다하고 죽으면 그들의 유해(遺骸)는 해저에 퇴적된다.

 

코코리토포레 종류 중에 가장 많이 사는 Emiliania huxleyi라는 학명을 가진 종류는 열대에서부터 북극의 한대(寒帶) 바다까지 지구 전체에 널리 산다. 헤엄도 치는 이들의 크기는 평균 1,000분의 3mm이고, 세포 둘레에는 30여개의 딱지가 싸고 있으며, 딱지의 두께는 2-25마이크로미터(1마이크로미터는 0.001mm)이다. Emiliania huxleyi는 전체 코코리토포레 종류의 82%를 차지할 정도로 생존량이 많은데, 그들이 대규모로 증식한 바다는 색이 다르게 보이기 때문에 우주선에서도 관측된다(아래 사진 참조).

 

 

 

Cephyrocapsa oceanica 라는 학명을 가진 코코리토포레 종류의 세포 껍데기 모양은 보석을 조각한 것처럼 교묘하다.

 

코코리토포레는 바다의 1차 생산자로서 생존량이 매우 많아 먹이사슬에서 1차생산자로소 중요한 역할을 하는 플랑크톤이다. 그들의 세포는 탄산칼슘 껍데기가 갑옷처럼 싸고 있기 때문에 죽어 침전하면 그만큼의 이산화탄소를 해저에 퇴적하는 결과를 가져온다. 그러므로 이 플랑크톤은 살아있는 동안에는 광합성으로 산소를 방출하고, 죽어서는 이산화탄소를 해저에 반영구적으로 저장해두는 역할을 한다. 과학자들은 코코리토포레가 1년 동안에 해저에 퇴적하는 석회석의 양이 약 150만톤일 것이라고 추정한다. 그러나 이런 미생물에 대한 연구자가 드물어 확실하지 않다.

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2. 원생동물 포라미니페라(Foraminifera, 유공충)

 

이집트의 피라미드를 구축한 암석을 조사한 과학자들은 그것이 해중에 사는 ‘포라미니페라’라는 하등동물의 유체(遺體)가 침전하여 형성된 석회암이라는 것을 발견하게 되었다. 우리말로 유공충(有孔蟲)이라 부르는 이 생명체는 5억 년 전 캠브리아기에 나타나 대부분의 해양동물과는 달리 해저 바닥 가까운 곳을 삶터로 삼아온 저생생물(底生生物)이다. 포라미니페라 종류는 지금도 해저에 대량 살고 있으며 현재까지 275,000종이나 발견되었다. 이 숫자는 현존하는 것과 화석으로 발견된 종(種) 모두를 포함한 것이다.

 

 

 

Baculogysina sphaerulata 라는 학명을 가진 포라미니페라 종류이다. 껍데기 크기는 약 2mm이다. 

 

포라미니페라는 원생동물(原生動物)로 분류되는 하등동물에 속하며, 그들의 몸은 탄산칼슘 껍데기로 덮여 있다. 이들은 종류에 따라 1mm도 안 되는 것이 있는가 하면 20cm까지 자라는 종류도 있다. 그들은 다양한 종류만큼이나 형태가 다른 껍데기를 만들고 있다. 어떤 종류는 그들의 몸속에 광합성을 하는 단세포 식물(녹조, 홍조, 규조 등)이 공생하기도 한다. 그들 중에는 허족(虛足)이라 부르는 다리가 있어, 이것으로 움직이고 먹이를 잡는 것도 있다.

 

 

생물학자들은 이들이 1년 동안에 해저에 퇴적하는 석회석의 양이 약 4,300만 톤일 것이라고 한다. 이 양은 앞에서 소개한 코코리토포레가 퇴적하는 양의 약 30배에 해당하며, 성분 비율로 계산할 때 매년 약 3,100만톤의 이산화탄소를 해저에 저장하고 있는 셈이다. 그러므로 이들이 증식하기 좋은 조건으로 바다 환경을 유지한다면 더 많은 이산화탄소를 자연적으로 감축시킬 수 있을 것이다.

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포라미니페라는 가장 깊은 마리아나 해구 바닥에서도 4종류가 발견되었다. 원유가 생산되는 지층에서 포라미니페라의 화석이 많이 발견되는 것을 보면, 이들이 고대에 원유를 만든 생명체의 하나였음을 말해준다.

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3. 홍조류에 속하는 산호조(珊瑚藻 coralline algae)

 

열대는 물론 한대까지 온 세계의 바다, 특히 바위가 있는 곳에는 산호조(산호말)라 불리는 해조류가 붙어 살고 있는데, 이들의 외부 껍데기가 탄산칼슘 성분이다. 해양동물 수족관을 드려다 보면 수중 바위에 온갖 색의 얼룩 반점이 있어 수조 속이 매우 다채로워 보인다. 산호가 자라는 열대 바다에서 바위와 해조와 소라 따위의 껍데기에 이끼가 붙은 듯이 보이는 것이 있다면 그들은 석회조일 것이다. 대부분의 산호조는 홍색이지만 적색, 황색, 청색, 백색, 녹회색을 가진 것도 있다. 이들은 해중에 사는 성게, 작은 물고기, 삿갓조개, 따개비(딱지조개), 전복 등의 중요한 먹이가 되고 있다. 그들은 크기가 겨우 몇 mm인 것에서부터 몇 cm 정도 자라는 것까지 현재 1,600여종 알려져 있다.

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약 1억 5,000만 년 전부터 살기 시작한 산호조는 분류학적으로 홍조식물(Rhodophyta) ​무리에 속한다. 지금까지 이들은 전문 학자들에게 잘 알려지지 않았지만, 바다고기나 해양 동물을 키우는 수족관을 가진 사람들에게는 매우 중요하게 취급되는 해조류의 한 무리이다. 수조 속의 바위에 이들이 다양하게 잘 번성해야 물고기에게도 좋고, 수조 속이 용궁처럼 화려하면서 아름답게 보이기 때문이다. 산호조는 해저 200m 정도까지 햇빛이 미치는 수심에 사는데, 많은 종류는 바위에 고착하고, 종류에 따라 부유성(浮遊性)인 것, 다른 바다 식물이나 산호, 소라, 전복 등의 표면에 붙어사는 종류도 있다.

 

 

 

캘리포니아 해변에 사는 이 산호조는 약간의 가지를 형성하고 있다. 

 

산호초는 전복 새끼가 변태하면서 성장하는 데 중요한 물질을 분비한다는 연구보고도 있다. 중요한 것은 이 산호조의 그물망처럼 이루어진 세포벽이 석회 성분으로 가득하다는 것이다(사진 참조). 그래서 산호조는 다른 해조처럼 부드러운 것이 아니라 단단한 느낌을 준다. 이들 산호조는 산호섬이 형성될 때 산호(석회암) 덩어리끼리 서로 결합되게 하는 접착제 역할도 하는 것으로 알려져 있다. 열대 바다의 산호섬은 산호들이 서로 단단히 결합하여 만들어진 섬이기 때문에 강한 파도에도 견디는 방파제 역할을 한다.

 

영국과 프랑스에서는 18세기부터 매엘(maerl)이라 부르는 산호조(학명 Phymatolithon calcareum과 Lithothamnion corallioides)를 매년 300,000톤 정도 수확하여 토양 개선제로 이용해 왔다. 이것은 산성화된 토양에 석회석을 뿌려 중화시키는 것과 같은 이치이다. 오스트리아 비엔나의 많은 건축물은 고대에 산호조가 침전하여 형성된 석회암으로 건축한 것으로 알려져 있다.

 

4. 해면(海綿) 무리

 

해면(Porifera)이라 불리는 하등 다세포동물이 바다에 5,000-10,000종 살고 있다. 그들의 크기는 1mm도 안 되는 것에서부터 1m 가까이 되는 것까지 다양하며, 그들은 종류에 따라 내골격을 가진 것과 외골격을 가진 것이 있다. 그들의 골격 역시 탄산칼슘이 주성분이다.

 

지구상의 생명체들은 지상이든 해양이든 어디서나 서로 먹이사슬을 이루어 먹고 먹히는 복잡한 관계를 이루고 있다. 그러므로 석회화 생명체들을 잘 보호한다면 해양생태계를 건강하게 하는 동시에 이산화탄소 감축에도 도움이 될 것이다. 

 

 

석회석은 인류의 최대 자원