극도로 염도가 높은 물에 존재하는 미생물에 대한 새로운 연구에 따르면 이전에는 사람이 살 수 없다고 생각했던 환경에서도 생명체가 살아남을 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 연구는 태양계 전체에서 생명체를 발견할 수 있는 가능성을 넓히고 염분의 변화가 지구상의 수생 서식지의 생명체에 어떤 영향을 미치는지 보여줍니다.
이번 연구는 코넬대학교 인문과학대학 천문학 부교수이자 코넬 공과대학 지구대기과학과 부교수인 브리트니 슈미트(Britney Schmidt)가 이끄는 '공간과 시간을 가로지르는 바다'라는 대규모 공동 프로젝트의 일부이다. NASA의 우주생물학 프로그램(Astrobiology Program)이 자금을 지원하는 이 프로젝트는 해양 세계와 생명체가 어떻게 공동 진화했는지 이해하고 과거나 현재에 감지 가능한 생명체의 징후를 생성하는 것을 목표로 합니다.
"과염수 염수의 단일 세포 분석은 미생물 동화 작용에 대한 수분 활동 한계를 예측합니다"라는 제목의 새로운 연구는 최근 Science Advances 저널에 게재되었습니다. 이 연구는 남부 캘리포니아 해안을 따라 있는 산업 연못의 바닷물에 있는 수천 개의 단일 세포의 대사 활동에 대한 분석을 기반으로 합니다.
스탠포드 대학이 주도한 연구는 태양계 전체에 걸쳐 잠재적으로 거주 가능한 공간과 가뭄과 물 전환으로 인해 지구의 수생 서식지 중 일부가 염분화되는 결과에 대한 이해를 확장합니다.
슈미트는 “염분 환경은 화성부터 목성의 달인 유로파까지 태양계 전체에 걸쳐 존재한다”며 “미생물이 지구상의 이 환경과 어떻게 상호작용하고 생존하는지 이해하는 것은 다른 곳에서 생명체를 찾는 데 매우 중요하다”고 말했다.
지구 너머의 생명체를 탐지하는 데 관심이 있는 과학자들은 액체 상태의 물이 생명체에 필요하다는 것을 알고 염분이 있는 환경을 오랫동안 연구해 왔으며, 소금을 사용하면 물이 더 넓은 온도 범위에서 액체 상태로 유지될 수 있습니다. 소금은 또한 소금물에 담긴 피클처럼 생명의 흔적을 보존합니다.
여러 기관의 팀은 지구상에서 가장 염도가 높은 바닷물이 있는 South Bay Salt Works에서 샘플을 수집했습니다. 그들은 소금 공장에서 다양한 염도의 연못에서 나온 소금물을 수백 병에 채우고 소금물을 분석했습니다.
대부분의 미생물은 0.9(미생물 성장을 위한 생물학적 반응에 이용 가능한 물의 양) 미만의 수분 활성 수준에서 분열을 멈추는 반면, 실험실 환경에서 세포 분열을 유지하는 것으로 보고된 절대 최소 수분 활성 수준은 0.63보다 약간 높습니다. 연구자들은 생명체가 0.54 정도의 낮은 수준에서도 활동할 수 있다고 추정하면서 생명체의 새로운 한계를 예측했습니다.
생명수의 활동 한계를 찾는 이전 연구에서는 순수 배양을 사용하여 세포 분열이 중단되는 지점, 즉 생명의 종말을 찾는 지점을 찾았습니다. 그러나 이러한 극한 상황에서는 수명이 두 배로 늘어나는 속도가 고통스러울 정도로 느립니다. 세포 분열에 대한 연구는 생명이 언제 죽는지 알려주지 않습니다. 실제로 세포는 대사적으로 활동적일 수 있으며 복제되지 않더라도 활력을 유지할 수 있습니다.
대신 연구자들은 세포 활동의 한계를 생명에 대한 보다 유연한 정의로 간주하고 세포 분열과 세포 형성이 모두 생명의 특징이라고 주장했습니다.
수백 개의 염수 샘플(그 중 일부는 당밀만큼 짠맛)을 통해 그들은 물의 활동 수준과 염수 내 세포가 흡수하는 탄소와 질소의 양을 결정했습니다. 이 방법을 사용하여 그들은 세포의 바이오매스가 절반(1%)까지 증가하는 시기를 감지할 수 있었습니다. 대조적으로, 세포 분열에 초점을 맞춘 전통적인 방법은 세포의 바이오매스가 대략 두 배로 증가한 후에만 생물학적 활성을 검출할 수 있습니다. 그런 다음 과학자들은 수분 활동이 감소함에 따라 과정이 어떻게 느려지는지를 기반으로 과정이 완전히 멈출 시점에 대한 구분선을 예측했습니다.
이번 연구는 생수의 활동 한계에 대한 이전의 생각에 도전합니다. 대부분의 미생물은 수분 활성도가 0.9 이하일 때 분열을 멈추는데, 본 연구에서는 0.54 정도의 낮은 수준에서도 생명이 활동하는 것으로 나타났습니다. 연구자들은 세포 형성을 포함한 세포 활동에 초점을 맞춤으로써 전통적인 방법으로는 감지할 수 없는 조건에서 생명의 징후를 감지할 수 있습니다.