지구가 꽁꽁 얼어붙을 때 생명체는 어디에서 살아남을 수 있을까요?MIT과학자들은 지구의 얼음 곳곳에 흩어져 있는 녹은 물 웅덩이가 생명체가 생존할 수 있는 피난처 중 하나일 수 있다고 믿습니다.인네이처커뮤니케이션즈발표된 연구에서 연구자들은 일부 초기 복잡한 생명체가 6억 3500만년에서 7억 2천만년 전 사이에 얕은 녹은 웅덩이에서 생존했을 수 있다고 제안합니다. 이는 지구의 대부분이 얼음으로 덮여 있던 "눈덩이 지구" 기간입니다.

연구팀은 결국 모든 다세포 생물을 탄생시킨 복잡한 세포인 진핵생물이 적도 근처의 얕은 빙상 표면에 형성되는 작은 수역에서 생존할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 이러한 지역에서는 먼지와 잔해가 얼음 표면을 어둡게 만들고 열 흡수를 증가시키며 국부적인 용융을 일으킬 수 있습니다. 섭씨 0도에 가까운 온도에서 이 과정은 초기 생명체가 거주할 수 있는 녹은 물 환경을 조성했을 수 있습니다.

그들의 가설을 뒷받침하기 위해 연구자들은 오늘날 남극 대륙의 유사한 조건으로 전환했습니다. 그들은 눈덩이 지구(Snowball Earth) 동안 빙상 가장자리를 따라 존재했을 수 있는 작은 용융 웅덩이와 유사한 조건을 연구했습니다.

연구팀은 McMurdo Ice Shelf의 여러 연못에서 샘플을 수집했습니다. 로버트 팔콘 스콧(Robert Falcon Scott)의 1903년 탐험대원들은 맥머도 빙붕(McMurdo Ice Shelf)을 "더러운 얼음"으로 묘사했습니다. MIT 과학자들은 샘플링한 모든 연못에서 진핵생물의 증거를 발견했습니다. 이러한 생명체의 구성은 연못마다 다르며 놀라운 생물 다양성을 보여줍니다. 그들은 또한 염분이 존재하는 유기체의 유형에 중요한 영향을 미친다는 것을 관찰했습니다. 염분이 높은 연못에는 더 유사한 군집이 있는 반면, 담수가 있는 연못에는 뚜렷한 개체군이 있었습니다.

와이카토 대학의 연구원 Ian Hawes와 오타고 대학의 Mark Shallenberger는 용융수 연못의 물리화학적 조건을 측정했습니다. 사진 제공: Roger Sammons

이번 연구의 주 저자이자 MIT 지구대기행성과학과(EAPS) 대학원생인 파티마 후세인(Fatima Husain)은 “우리는 용융 웅덩이가 이러한 세계적인 빙하 사건 동안 초기 진핵생물이 피난처로 삼았을 수 있는 후보 장소라는 것을 보여주었다”고 말했다. "이러한 유형의 환경에서는 다양성이 존재하고 가능하다는 것을 보여줍니다. 이는 실제로 생명의 회복력에 관한 이야기입니다."

이 연구의 MIT 공동 저자로는 Schlumberger 지구생물학 교수 Roger Summons와 전 박사후 연구원 Thomas Evans가 있습니다. 다른 공동 작업자로는 카디프 대학교의 Jasmin Millar, 런던 자연사 박물관의 Anne Jungblut, 뉴질랜드 와이카토 대학교의 Ian Hawes가 있습니다.

"눈덩이 지구"는 지구 역사상 얼음이 얼었던 시기를 일컫는 일반적인 이름입니다. 이는 일반적으로 극저온 시대에 발생하여 수백만 년 동안 지속된 두 번의 연속 빙하기를 의미하며, 지질학자들은 이 기간을 6억 3500만 년에서 7억 2000만 년 전 사이라고 부릅니다. 그 당시 지구가 더 단단한 눈덩이였는지, 아니면 더 부드러운 "진흙 덩어리"였는지에 대해서는 여전히 논쟁이 벌어지고 있습니다. 그러나 과학자들은 한 가지만 확신합니다. 지구 대부분이 꽁꽁 얼어붙어 있으며, 지구 평균 기온은 섭씨 영하 50도까지 떨어지고 있다는 것입니다. 문제는 생명체가 어떻게, 어디서 살아남았는가 하는 것입니다.

"우리는 지구상의 복잡한 생명체의 기초를 이해하는 데 관심이 있습니다. 화석 기록에서 원생대 주변의 진핵생물이 존재했다는 증거를 찾았지만 그들이 어디에 살았을지에 대한 직접적인 증거는 거의 부족합니다."라고 Hussain은 말했습니다. "이 미스터리의 요점은 생명체가 살아남았다는 것을 우리가 알고 있다는 것입니다. 우리는 단지 그들이 어떻게, 어디서 살아남았는지 이해하려고 노력할 뿐입니다."

해양 스펀지는 해저에서 맥머도 빙상(McMurdo Ice Sheet)의 용융 웅덩이 근처 표면으로 운반됩니다. 사진 제공: Roger Summons

대양의 특정 지역(그러한 환경이 존재하는 경우), 심해 열수 분출구 내부 및 주변, 빙상 아래를 포함하여 Snowball Earth 동안 유기체가 어디에 피신했을 수 있는지에 대한 많은 아이디어가 있습니다. 녹은 물 웅덩이를 고려할 때, Husain과 그녀의 동료들은 당시 표면 얼음에서 녹은 물이 초기 진핵생물의 존재를 뒷받침할 수 있었을 것이라는 가설을 세웠습니다.

후세인은 “원생대 동안 생명체가 어디에서 생존하고 보호받았을지에 대한 많은 가설이 있지만 우리는 그들 모두에 대한 완벽한 비유를 갖고 있지 않다”고 지적했다. "지구상에 존재하는 상부 용융 웅덩이의 존재와 접근성은 이제 우리가 이러한 환경에 살고 있는 진핵생물에 집중할 수 있는 기회를 제공합니다."

새로운 연구에서 연구자들은 남극 대륙의 녹은 연못에서 수집한 샘플을 분석했습니다. 2018년에 뉴질랜드의 Sammons와 동료들은 각각 깊이가 몇 피트, 너비가 몇 미터에 불과한 작은 용융 웅덩이가 있는 것으로 알려진 남극 동부의 McMurdo 빙붕 지역을 여행했습니다. 그곳에서 물은 해저까지 얼어붙고 그 과정에서 어두운 퇴적물과 해양 생물이 갇히게 됩니다. 바람에 의해 바다 표면에서 얼음이 유실되면 일종의 컨베이어 벨트가 형성되고, 시간이 지남에 따라 이러한 갇힌 파편이 표면으로 운반되어 태양열을 흡수하여 얼음이 녹게 되는 반면, 주변 파편이 없는 얼음은 들어오는 햇빛을 반사하여 얕은 녹는 웅덩이를 만듭니다.

각 연못의 바닥은 수년에 걸쳐 축적되어 끈적끈적한 세포 군체 층을 만드는 미생물 매트로 덮여 있습니다.

Hussain은 "이 매트는 두께가 몇 센티미터이고 다채롭고 층이 있을 수 있습니다."라고 말했습니다.

이러한 미생물 매트는 핵이나 기타 소기관이 없는 원핵 단세포 광합성 유기체인 시아노박테리아로 구성됩니다. 이 고대 미생물은 녹은 물 웅덩이를 포함하여 지구상에서 가장 가혹한 환경에서 살아남는 것으로 알려져 있지만, 연구자들은 진핵생물(세포핵과 기타 막에 결합된 세포 소기관을 진화시킨 복잡한 유기체)이 비슷한 혹독한 환경을 견딜 수 있는지 궁금해했습니다. 이 질문에 답하려면 현미경 이상의 것이 필요합니다. 왜냐하면 미생물 매트에 존재하는 작은 진핵생물의 특성은 너무 미묘하여 육안으로 구별할 수 없기 때문입니다.

녹은 물 연못 가장자리에서 수집된 시아노박테리아 매트 조각. 사진 제공: Roger Summons

진핵생물을 식별하기 위해 연구팀은 그들이 생산하는 특정 지질(스테롤)과 리보솜 리보핵산(rRNA)이라는 유전 성분에 대한 미생물 매트를 분석했는데, 두 가지 모두 다양한 정도의 특이성을 가진 유기체를 식별하는 데 사용할 수 있습니다. 이 두 가지 독립적인 분석 세트는 특정 진핵생물 그룹에 대한 보완적인 지문을 제공합니다. 지질 연구의 일환으로 그들은 미생물 매트에서 특정 유형의 조류, 원생 생물 및 미생물과 밀접하게 관련된 수많은 스테롤 및 rRNA 유전자를 발견했습니다. 연구자들은 서로 다른 연못에서 지질과 rRNA 유전자의 유형과 상대적인 풍부함을 평가할 수 있었고 이러한 연못에 있는 진핵생물의 다양성이 놀랍다는 것을 발견했습니다.

후세인은 “같은 연못은 없습니다.”라고 말했습니다. "그들은 몇 가지 반복되는 특성을 가지고 있지만 그 풍부함은 다양합니다. 우리는 연구된 모든 연못에서 모든 주요 분류군에서 다양한 진핵생물 군집을 발견했습니다. 이 진핵생물은 눈덩이 지구에서 살아남은 진핵생물의 후손입니다. 이는 눈덩이 지구 동안 녹은 물 연못이 빙하 위 오아시스 역할을 하여 진핵생물에 영양을 공급하여 우리 인간을 포함한 후기 복잡한 생명체의 다양화와 증식을 촉진했을 수 있다는 점을 정말로 강조합니다."

/scitechdaily에서 편집됨