[이스라엘] 조류감염 바이러스가 기후 조종
조류가 쉽게 무시될지도 모르지만 이들은 해양 동물이 의존하는 모든 유기물질의 궁극적인 원천이다. 인류 또한 기후온난화를 일으키는 대기 중 이산화탄소를 잡아 해저로 가라앉히기 위해 조류에 대한 의존이 늘고 있다. 이러한 가운데 인공위성 이미지와 실험을 통해 연구자들은 조류를 감염시키는 바이러스가 녹조(조류 대증식)의 생사(生死) 역학을 조종하며 기후와 중요한 관계가 있다는 증거를 제시하고 있다.
커런트 바이올로지(Current Biology)에 최근 발표된 연구결과에 의하면, 반경이 30킬로미터에 이르는 북대서양의 녹조 1개가 탄소고정 프로세스를 통해 24,000톤에 이르는 대기 중 이산화탄소를 유기탄소로 전환한다고 한다. 녹조가 급속하게 성장, 소멸하면서 그 탄소의 2/3는 1주 내에 전환된다. 근접 조사한 결과 특별하게 많은 바이러스가 조류 세포를 감염시킨 것으로 나타났다.
이와 관련해 이스라엘 와이즈만 과학연구소(Weizmann Institute of Science)의 아사프 바르디(Assaf Vardi)는 이 해양 조각(녹조)은 하나의 열대우림 조각에 맞먹는 큰 양의 탄소를 고정시킨 후 그 중 많은 부분을 빠르게 전환시킨다고 말했다.
같은 연구소의 일란 코렌(Ilan Koren)은 “ 이 녹조는 대서양의 다른 곳에서 동시 발생하는 물론 수많은 조각 중 하나”라면서 “바이러스가 전체 생태계에 미치는 영향은 과거 매우 크게 추정됐지만 우리가 이들이 외양(外洋)의 녹조에 미치는 무한한 영향을 정량적으로 최초로 접근했다”고 말했다.
연구자들은 녹조에 잡힌 모든 탄소의 마지막 운명이 가장 중요한 의문으로 남는다고 말했다. 이 중 대부분은 아마도 박테리아에 의해 대기로 순환될 것이다. 그러나 바이러스에 감염된 조류가 점착성의 당과 지질을 배출해 그들의 세포와 탄소를 해저로 더 빠르게 가라앉힐 가능성도 있다.
바르디(Vardi)는 “만약 그 가능성이 사실이라면 바이러스는 이산화탄소를 대기에서 심해로 펌핑하는데 큰 영향을 미치는 것”이라면서 “이 탄소는 이후 태양퇴적물로 묻힐 가능성이 더 높다”고 말했다.
이번 발견을 통해 미래의 녹조와 이들이 기후에 미치는 영향을 예측하는 모델은 개선될 것이다.
코렌은 “한 개의 바이러스가 한 개의 세포를 감염시킬 때 이 상호작용은 시작되지만 그 결과는 수천 킬로미터에 이르는 거대한 녹조의 붕괴로 이어진다”면서 “미소 규모에서 일어나는 생사(生死)의 상호작용은 거대한 규모에도 매우 중요하며 그 반대도 마찬가지”라고 말했다.
(참조: Decoupling Physical from Biological Processes to Assess the Impact of Viruses on a Mesoscale Algal Bloom. Current Biology, 2014; DOI: 10.1016/j.cub.2014.07.046)
[원문보기]
Viruses take down massive algal blooms, with big implications for climate
Algae might seem easy to ignore, but they are the ultimate source of all organic matter that marine animals depend upon. Humans are increasingly dependent on algae, too, to suck up climate-warming carbon dioxide from the atmosphere and sink it to the bottom of the ocean. Now, by using a combination of satellite imagery and laboratory experiments, researchers have evidence showing that viruses infecting those algae are driving the life-and-death dynamics of the algae's blooms, even when all else stays essentially the same, and this has important implications for our climate.
According to results reported in the Cell Press journal Current Biology on August 21, a single North Atlantic algal bloom, about 30 kilometers in radius, converted 24,000 tons of carbon dioxide from the atmosphere into organic carbon via a process known as carbon fixation. Two-thirds of that carbon turned over within a week as that bloom grew at a very rapid rate and then quickly met its demise. A closer look at those algae revealed high levels of specific viruses infecting their cells.
To put it in perspective, Assaf Vardi of the Weizmann Institute of Science in Israel says that this patch of ocean fixes about as much carbon as an equivalent patch of rainforest and then almost immediately turns much of it over.
"This is, of course, only one patch out of numerous co-occurring patches in other parts of the Atlantic Ocean," adds Ilan Koren, also of the Weizmann Institute, not to mention those algal blooms that appear in other seasons and ecosystems. "While the impact that viruses have on the entire ecosystem was previously estimated to be very large, we provide the first approach to quantify their immense impact on open ocean blooms."
Important questions remain about the ultimate fate of all that carbon taken in by algal blooms, the researchers say. Much of it is probably recycled back to the atmosphere by bacteria. But it's also possible that the virus-infected algae release sticky sugars and lipids, leading their cells and the carbon within them to sink faster to the ocean floor.
"If the latter scenario is true, it will have a profound impact [on] the efficiency of carbon dioxide 'pumping' from the atmosphere to the deep ocean," Vardi says. "This carbon will then have a better chance [of being] buried in the ocean sediment."
The findings will improve models that predict the future of algal blooms and their impact on climate. They also serve as a reminder that sometimes it really is the little things that matter.
"These interactions begin when one virus infects one cell, but they end up causing the collapse of massive blooms that span thousands of kilometers," Koren says. "These life-and-death interactions on the micro scale have huge importance on the large scale and vice versa."
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