연구에 따르면 물고기의 "미생물 공장"이 탄소 격리에 참여하는 것으로 나타났습니다.

마이애미 대학의 로젠스티엘 해양, 대기, 지구 과학 학교의 새로운 연구에 따르면 어류 내장에 서식하는 미생물이 해양 화학과 지구 탄소 순환을 재형성하는 데 예상치 못한 중요한 역할을 할 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 연구팀은 이러한 박테리아가 숙주 물고기와 협력하여 탄산칼슘 광물을 생성함으로써 바다에서 중요한 탄소 흡수 경로를 구성할 수 있다는 사실을 발견했으며, 이는 "이 과정은 물고기 자체의 생리에 의해서만 추진된다"는 전통적인 이해에 도전했습니다.

이 학교의 대학원생이었던 Anthony Bonacolta가 주도한 이번 연구는 생선 내장과 숙주에 있는 박테리아가 어떻게 협력하여 핵심 미네랄인 탄산칼슘을 생성하는지에 초점을 맞췄습니다. 탄산칼슘은 해양 산-염기 균형과 같은 화학적 과정에 깊이 관여할 뿐만 아니라 해양 환경에서 중요한 탄소 저장 형태로 간주되며 지구 기후에 장기적인 영향을 미칩니다.

일반적으로 경골어류(예: 광선지느러미 어류)는 체액의 삼투압 균형을 유지하기 위해 계속해서 바닷물을 마십니다. 이 과정에서 장은 과잉 칼슘과 탄산 이온을 적극적으로 제거하고 이를 어류탄산염이라고 불리는 고체 탄산칼슘 입자 형태로 배설합니다. 오랫동안 과학계에서는 일반적으로 어류 유래 탄산염이 전적으로 어류 자체의 생리학적 조절 활동에 의해 발생한다고 믿어왔습니다. 본 연구는 새로 발견된 장내 미생물의 관여가 이 과정에서 중요한 "숨겨진 연결"을 구성할 수 있음을 제안합니다.

논문의 수석 저자 중 한 명인 Maytag 어류학 교수이자 해양생물학 및 생태학과장인 Martin Grosell은 이 연구가 어류 생물학과 심지어 글로벌 해양 영양 순환에서 어류 장내 미생물의 역할을 재검토할 필요성을 촉발한다고 지적했습니다. 그는 과거에는 "순수하게 물고기 자체에 의해 완성되는" 미네랄 형성 과정이 이제는 물고기와 장내 미생물 사이의 긴밀한 공생의 결과일 가능성이 더 높다고 말했습니다.

연구팀은 미생물의 가능한 기능을 탐색하기 위해 걸프 두꺼비(학명 Opsanus beta)를 실험 대상으로 사용하여 다양한 염도 조건에서 어류 유래 탄산염의 생성을 체계적으로 조사했습니다. 실험에서는 물고기를 염도가 낮은 기수(9‰), 일반 바닷물(35‰), 염도가 높은 고염수(60‰)의 세 가지 환경에 노출시켰습니다. 이전 연구에서는 환경 염분도가 증가함에 따라 정상적인 삼투압 조절 중에 물고기가 물고기 유래 탄산염의 배설을 증가시키는 것으로 나타났습니다.

본 실험 결과, 저염도 환경의 두꺼비는 어류 유래 탄산염을 거의 생성하지 않는 반면, 일반적인 해수 조건에서는 탄산염 입자의 명백한 배출이 관찰되며, 고염분 환경에서는 이 생산량이 더욱 증가하는 것으로 나타났습니다. 연구자들은 장의 여러 부위, 물고기 유래 탄산염 입자 자체, 물고기 주변 물 등 다양한 위치에서 샘플을 수집하여 미생물 군집과 유전자 발현을 분석했습니다. 연구팀은 게놈 서열 분석을 통해 샘플 내 미생물 종을 식별하고 유전자 발현 분석을 결합하여 이들 미생물의 잠재적인 대사 경로와 기능적 특성을 추론했습니다.

분석결과 Vibrio 미생물, 특히 Photobacterium damselae subsp. damselae는 생선 내장과 생선 유래 탄산 입자에 풍부하게 존재했습니다. 유전자 기능 분석에 따르면 이들 박테리아는 탄산칼슘 침전과 관련된 특성과 대사 경로를 갖고 있으며 장내 환경에 수동적으로 서식하는 것이 아니라 미네랄 형성에 직접적으로 관여할 수 있습니다. 이를 토대로 연구팀은 어류와 장내 미생물이 시너지 상호작용을 통해 어류 유래 탄산염 생산을 공동으로 주도할 가능성이 높다는 결론을 내렸다.

Grossel은 지구상의 대부분의 생명체는 영양 순환을 주도하고 생태계 기능을 지원하며 공생 방식으로 생명 다양성의 새로운 측면을 지속적으로 드러내는 미생물에 속한다고 강조했습니다. 특히 해양 환경에서는 공생 현상이 풍부하며, 탄산칼슘 형성에 있어서 두꺼비와 비브리오 박테리아 사이의 잠재적인 공생 관계는 이 그림에 새로운 대표적인 사례를 추가합니다.

연구자들은 이번 발견이 해양 생태계가 해양 화학과 해양 탄소 순환에 어떻게 영향을 미치는지에 대한 새로운 통찰력을 제공한다고 지적합니다. 후속 연구를 통해 이 메커니즘을 추가로 확인할 수 있다면 물고기에 서식하는 수많은 미생물이 더 큰 규모로 탄소 저장 과정과 전반적인 해양 건강에 영향을 미치는 데 관여할 수 있으며 이들의 역할은 이전의 이해를 훨씬 뛰어넘는다는 것을 의미합니다.