~ 마리아나해구의 초심해 수괴(水塊)에 독자적인 미생물 생태계 ~

독립행정법인 해양연구개발기구 해양생명이공학 연구개발센터 연구팀과 국립대학법인 도쿄공업대학, 공립대학법인 요코하마시립대학, 국립대학법인 도쿄대학의 공동연구그룹은 세계에서 가장 깊은 바다인 마리아나해구 챌린저 해연 내의 초심해(수심 6,000m 이상) 수괴(수온 및 염분 등의 특성이 비교적 균질한 해수 덩어리) 중에 상층에 존재하는 심해 수괴와 명확하게 다른 미생물 생태계 즉, 독자적인 초심해, 해수생명권이 존재한다는 것을 세계에서 처음으로 밝혀내었다.

본 연구에서는 마리아나해구 챌리저 해연 중앙부에서 해양표층에서 초심해, 해구 밑에서 위(수심 0~10,257m)까지 50~1,000m별로 채수한 시료를 대상으로 무기화학해석, 미생물, 바이러스수 계수, 분자생태해석을 전개하였다. 영양염 농도 및 미생물, 바이러스수에는 심해층과 초심해층의 차이가 관찰되지 않았다. 그러나 미생물군집 구조해석에서는 중심층에서 심해층에 걸쳐 탄소고정능을 가진 화학합성 계통군이 우점하고 있는 반면에 초심해 수괴에는 종속영양 계통군이 우점하고 있다는 것을 밝혀내었다.

또한 유기물 분해에 의해 발생하는 암모니아를 에너지원으로 하는 암모니아산화균, 암모니아산화로 생성된 아질산을 에너지원으로 하는 아질산산화균 모두 심해층과 초심해층에서는 우점하고 있는 그룹에 변화가 발생하고 있다. 이러한 관찰결과는 초심해, 해구 내 수괴에 상층의 심해층과는 달리 유기물의 공급원이 존재하고 그 유기물에 강하게 의존한 생태계가 성립하고 있다는 것을 나타낸 것이다.

심해에의 유기물공급에는 (1) 해당 해역 해양 표층에서의 일광이 존재한 광합성이 의한 1차 생산(탄소고정)에 유래하는 침강유기물, (2) 심해의 조류에 의해 다른 해역에서 운반된 침강 유기물 그리고 퇴적물로부터 현탁된 유기물을 생각할 수 있다. 마리아나 해구는 다른 해구로부터는 독립되어 있기 때문에 (2)와 같이 초심해의 독자적인 조류에 의한 유기물 공급은 없었다.

또한 (1)의 해양 표층으로부터의 침강유기물에 단순하게 의존한다면 해구의 섭입 깊이인 수심 6,000m 부근을 경계로 하여 심해층과 초심해, 해구와 다른 생명권이 존재하고 있다는 것을 설명할 수 없다. 따라서 연구그룹은 다른 상황의 증거와 함께 (3)에 제시한 해구지형 변화가 발생하는 지진 등에 기인하는 해구사면의 붕괴와 그에 의해 퇴적물로부터의 유기물 방출이 해구 내 수괴 중의 미생물 생태계를 지원하고 있다고 결론내었다. 즉, 초심해 해구 생명권은 해구 지형을 형성시키는 지구활동에 의존하는 생태계라고 생각된다.

그리고 심해 사면에서 지반 붕괴가 심해 수괴 미생물 생태계에 영향을 미치는 현상은 이미 동일본 대지진에 따른 현상으로도 관찰되었으며, 그곳에서 관찰된 미생물 상의 변화도 이번 초심해, 해구 생명권에서 관찰된 미생물군집 구조의 변화와 유의한 경향을 나타내고 있었다. 이것도 이번에 주장한 초심해, 해구 생명권 성립 메커니즘에 관한 가설을 지지한 것이다.

이번에 관찰된 현상은 빈도를 고려하면 사면 붕괴 등에 의해 퇴적물로부터 방출된 유기물이 상당한 기간 및 광범위에 걸쳐 어느 정도 물리적으로 격리된 해구환경에서서 수괴 중의 미생물 생태계에 영향을 미쳤다는 것을 시사하고 있다. 초심해, 해구 생명권 형성메커니즘은 자연현상뿐만 아니라 해저 자원개발 등 인위적 요소에 의한 해저 환경 교란에 따른 퇴적물로부터의 유기물 방출이 심해환경에 미치는 영향의 정도와 범위를 생각할 때 상당히 중요한 결과라고 할 수 있다.

연구그룹은 앞으로 유기화학분석 등을 추가한 학제적인 연구에 의해 이번 조사결과를 검증함으로써 초심해, 해구 생명권이 퇴적물로부터 방출되는 유기물에 의존한 생태계이라는 것을 보다 직접적으로 증명할 계획이다. 그리고 이번 조사에서 강하게 시사된 초심해, 해구 생명권을 지지하는 메커니즘, 그리고 미생물 생태계가 해구환경 공통의 현상인지를 검증하기 위해 마리아나 해구뿐만 아니라 다른 해구환경에서도 조사, 연구를 전개해 나갈 예정이다.

그림 1. 종래 심해 미생물 생태계상(좌)와 최근 연구결과를 반영한 심해 미생물 생태계상(우)의 비교
그림 2. 마리아나해수 챌리저 해연 수괴의 물리구조(A), 화학 프로파일(B), 미생물, 바이러스 입자량(C)
그림 3. 마리아나 해구 챌린저 해연의 미생물 군집 구조

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 3월 2일]