새로운 연구에서 일부 종이 어둡고 산소가 없는 환경에서 어떻게 번성하는지에 대한 통찰력을 제공합니다.
지구상의 대부분 생명체는 생존을 위해 태양 에너지에 의존하지만, 태양 광선이 닿지 않는 심해의 유기체는 어떨까요? The ISME Journal 에 게재된 Woods Hole Oceanographic Institution(WHOI)이 주도한 새로운 연구는 거의 모든 해양 서식지에서 발견되는 단세포 유기체인 유공충 종이 어둡고 산소가 없는 환경에서 어떻게 번성하는지에 대한 빛을 비춥니다.
이 foraminifera 종에 대한 답은 chemoautotrophy, 즉 무기 에너지원(아마도 황화물)을 사용하여 탄소를 흡수하여 산소가 없는 환경에서 생존할 수 있는 대사 과정입니다.
chemoautotrophy는 진정한 핵이 없는 미생물 유기체인 박테리아와 고균에서 관찰되었습니다. 그러나 foraminifera는 진핵생물로, 유기체의 유전 물질을 보관하는 잘 정의된 핵이 있습니다.
"동물, 식물, 해초, 포르미니페라는 모두 진핵생물입니다. 우리는 이 포르미니페라를 연구하는 데 관심이 있었습니다. 이 포르미니페라는 동물이 진화하기 전인 선캄브리아기에 지구와 매우 유사한 환경에서 번성했기 때문입니다." WHOI 지질 및 지구물리학과의 연구원인 파트마 고마가 설명했습니다.
"그 당시 바다에는 산소가 거의 없거나 전혀 없었고 독성 무기 화합물의 농도가 더 높았습니다. 특히 퇴적물에서 해저에서 발견되는 일부 현대 환경과 유사한 조건이었습니다. 이 포르미니페라가 사용하는 에너지와 탄소원을 이해하면 이러한 종이 환경 변화에 어떻게 적응하는지에 대한 질문에 답하고 지구에서 진핵생물의 진화에 대한 지식을 발전시키는 데 도움이 됩니다."
영어: Ocean Exploration Trust가 운영하는 탐사선 E/V Nautilus 의 원격 조종 차량 Hercules 를 사용하여 팀은 캘리포니아 해안에서 해수면 아래 약 570m(1,870피트)에서 foraminifera가 포함된 퇴적물을 수집했습니다.
팀은 수심에서 두 가지 주요 방법을 사용하여 foraminifera의 생활 전략에 대해 알아냈습니다. 첫 번째는 샘플에 방부제(빨간색 염료로 볼 수 있음)를 주입하여 foraminifera를 그 자리에서 보존하는 것이었습니다.
연구자들은 유전자 발현 분석을 사용하여 다양한 대사 경로의 사용을 평가했습니다. 또한 연구자들은 화학 반응을 통해 표지된 대사 산물을 추적할 수 있는 기술인 동위원소 탄소 추적자를 사용하여 그 자리에서 배양했습니다. 이러한 배양액은 회수되어 빨간색 빛으로 다시 샘플링되기 전에 약 24시간 동안 해저에 보관되었습니다.
"해저 추적자 배양을 분석했을 때, 추적자가 물에서 이동하여 유공충 생물량과 관련이 있음을 알 수 있었습니다. 이를 통해 이 유기체가 탄소를 어디서 얻는지에 대한 아이디어를 얻을 수 있었습니다."라고 Stonehill College의 화학과 조교수이자 학과장인 Daniel Rogers가 말했습니다. "이러한 관찰을 심층에서 하는 것이 중요했습니다. 이 유기체가 자연 상태인 곳입니다. 이들을 표면으로 끌어올림으로써 빛에 노출시키고, 환경의 온도를 높이고, 이들이 받는 압력의 양을 변경합니다. 이 현장 접근 방식은 이 유기체가 이처럼 혹독한 환경에서 어떻게 생존하는지에 대한 보다 정확한 묘사를 제공합니다."
이 연구는 다른 행성에 생명체가 존재할 가능성과 생명체가 어떻게 생존할 수 있는지에 관심이 있는 NASA의 자금 지원을 받았습니다. 심해는 외계 행성에서 멀리 떨어져 있지 않지만, 두 환경은 추운 기온, 어둠, 많은 지역에서 산소가 없다는 유사점을 공유합니다. WHOI 지질 및 지구물리학과의 수석 과학자이자 foraminifera 전문가인 Joan Bernhard는 수십 년 동안 이 저서성 foraminifera 개체군을 연구하여 이 매혹적인 생물이 이 어려운 환경에서 어떻게 생존하는지 알아냈으며 지구 역사의 많은 부분에서 그렇게 했습니다.
"Foraminifera는 지구상에 매우 풍부합니다. 대부분은 지름이 약 300마이크론에 불과해서 매우 작습니다. 연필 지우개만큼 작은 부피에 이 특정 종이 약 500마리 있을 수 있습니다. 이 어둡고 산소가 없고 황화물이 있는 서식지에서요."
Bernhard가 설명했습니다.
"이 종은 관련 없는 유기체의 엽록체를 흡수합니다. 엽록체는 햇빛에 노출되면 광합성을 수행하는 세포소기관입니다. 이 과정을 kleptoplasty라고 하는데, 유기체가 다른 유기체의 엽록체를 훔치는 것입니다. 이 foraminifera는 햇빛에 노출되지 않습니다. 우리는 kleptoplasty가 여기에서 일어나고 있다는 것을 알고 있지만, 이 foraminifer가 산소가 없는 어둠 속에서 왜 그렇게 성공적인지 이해하기 위해 더 많은 연구가 필요했습니다."
극한 서식지로 여겨지는 곳에서 번성할 수 있는 능력 외에도, 포르미니페라의 껍질은 기후 변화 연구와 탄화수소 매장량 탐색에도 사용됩니다.
"우리는 포르미니페라의 화석 기록을 5억 년 이상 거슬러 올라가는데, 이는 우리가 지구상의 다른 대부분의 생명체보다 이 그룹에 대한 기록이 더 길다는 것을 의미합니다."
베르나르트가 계속해서 말했습니다.
"이러한 화석을 연구함으로써, 우리는 온도, 염도, pH 또는 산소와 같은 환경의 변화에 껍질이 어떻게 반응했는지 볼 수 있습니다. 껍질에 보존된 지구화학을 연구함으로써, 포르미니페라는 지질 퇴적물의 연대와 환경을 보여주는 훌륭한 도구가 됩니다. 이 모든 정보는 정확한 기후 기록을 구축하는 데 필수적입니다. 포르미니페라 종이 화학자영양이라는 사실은 지구화학 기록과 우리가 그것을 올바르게 해석하고 있는지에 대한 의문을 제기합니다. 다른 포르미니페라 종도 이런 방식으로 활동할 수 있습니다."
연구자들은 또한 다른 두 개의 foraminifera 종의 표본을 보존했고 초기 결과는 이러한 유형이 생물학적으로 다르다는 것을 시사합니다. 과학자들은 현재 이러한 다른 종에 대한 비교 가능한 분석을 수행하여 그들의 에너지 및 탄소원을 정확히 파악하고 있습니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/01/250116133601.htm
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