우리는 동남극의 얼어붙은 토양에서 451종의 다양한 박테리아를 연구했으며 대부분이 공기 중의 수소를 연료로 사용하여 살아 있다는 것을 발견했다. 유전자 분석을 통해 우리는 이 박테리아가 약 10억 년 전에 다른 대륙의 사촌에서 갈라져 나온 것도 발견했다.

 

이 놀라운 미생물은 동남극의 Mackay Glacier 북쪽의 얼음이 없는 사막 토양에서 나온다. 이용 가능한 물이 거의 없고 기온이 영하로 내려가고 극지방의 겨울이 칠흑같이 어두운 이 환경에서는 고등 식물이나 동물이 거의 번식할 수 없다.

 

열악한 환경에도 불구하고 미생물은 번성한다. 수백 종의 박테리아와 수백만 개의 세포가 단일 그램의 토양에서 발견될 수 있어 독특하고 다양한 생태계를 만든다.

 

그러한 가혹한 환경에서 미생물 군집은 어떻게 생존할까?

 

광합성의 믿을 수 있는 대안

 

우리는 이 남극 토양 박테리아의 4분의 1 이상이 RuBisCO라는 효소를 생성한다는 것을 발견했다. RuBisCO는 식물이 햇빛을 사용하여 공기에서 이산화탄소를 포획하고 이를 바이오매스로 전환할 수 있게 해준다. 이 과정인 광합성은 지구상에서 대부분의 유기 탄소를 생성한다.

 

그러나 우리는 RuBisCO 함유 박테리아의 99% 이상이 햇빛을 포착할 수 없다는 것을 발견했다. 대신, 그들은 화학 합성이라는 과정을 수행한다.

 

이산화탄소를 바이오매스로 전환하기 위해 햇빛에 의존하는 대신 수소, 메탄 및 일산화탄소 가스와 같은 무기 화합물을 사용한다.

 

리빙 온 에어

 

박테리아는 이러한 에너지가 풍부한 화합물을 어디에서 찾을 수 있을까? 믿거나 말거나 가장 신뢰할 수 있는 출처는 공기이다.

 

공기에는 높은 수준의 질소, 산소 및 이산화탄소가 포함되어 있지만 미량의 에너지원인 수소, 메탄 및 일산화탄소도 포함되어 있다.

 

그것들은 매우 낮은 농도로 공기 중에만 존재하지만 공기가 너무 많아서 이를 사용할 수 있는 유기체에 대해 이러한 분자를 사실상 무제한으로 공급할 수 있다.

 

그리고 많은 사람들이 할 수 있다. 남극 토양 박테리아의 약 1%는 메탄을 사용할 수 있고 약 30%는 일산화탄소를 사용할 수 있다.

 

더욱 놀라운 것은, 우리 연구에 따르면 남극 토양 박테리아의 90%가 공기에서 수소를 제거할 수 있다고 한다.

 

박테리아는 매우 느린 연소와 같은 화학적 과정에서 수소, 메탄 및 탄소를 산소와 결합하여 에너지를 얻는다.

 

우리의 실험에 따르면 박테리아는 -20°C의 온도에서도 대기 중 수소를 소비하며 모든 에너지 요구 사항을 충족할 만큼 충분히 소비할 수 있다.

 

더욱이 수소는 화학 합성에 전력을 공급할 수 있으며, 이는 전체 커뮤니티를 유지하기에 충분한 유기 탄소를 제공할 수 있다. 다른 박테리아는 수소로 움직이는 이웃이나 그들이 생산하는 탄소가 풍부한 수액을 "먹음"으로써 이 탄소에 접근할 수 있다.

 

희박한 공기에서 물

 

수소를 태울 때 또는 박테리아가 수소에서 에너지를 수확할 때 유일한 부산물은 물이다.

 

물을 만드는 것은 남극 박테리아에게 중요한 보너스이다. 그들은 주변의 얼음이 거의 영구적으로 얼고 토양의 수분이 건조하고 차가운 공기에 의해 빠르게 빨아 들여지기 때문에 물을 사용할 수 없는 매우 건조한 사막에 살고 있다.

 

따라서 "희박한 공기"에서 물을 생성하는 능력은 이러한 박테리아가 수백만 년 동안 이 환경에서 어떻게 존재할 수 있었는지 설명할 수 있습니다. 우리의 계산에 따르면, 수소 동력의 물 생산 속도는 단 2주 만에 전체 남극 세포를 재수화하기에 충분합니다.

 

"수소 경제"를 채택함으로써 이 박테리아는 에너지, 바이오매스 및 수화에 대한 필요를 충족시킨다. “

 

수소 경제가 외계 생명체를 지탱할 수 있을까?

 

남극 토양 박테리아의 최소한의 수소 의존적 생활 방식은 지구상의 생명체에 가장 필요한 것이 무엇인지에 대한 우리의 이해를 재정의한다. 또한 외계 생명체 탐색에 대한 새로운 통찰력을 제공한다.

 

수소는 우주에서 가장 흔한 원소로 모든 물질의 거의 4분의 3을 차지한다. 이것은 HD 189733b와 같은 일부 외계 행성에서 대기의 주요 구성 요소로, 지구에서 64.5광년 떨어진 항성을 공전한다.

 

조건이 지구만큼 좋지 않을 수 있는 그러한 행성에 생명체가 존재한다면 수소를 소비하는 것이 가장 간단하고 신뢰할 수 있는 생존 전략이 될 수 있다.

 

"물을 따르라"는 외계 생명체를 찾는 주문이다. 그러나 박테리아가 말 그대로 공기에서 물을 만들 수 있다는 점을 감안할 때 지구 밖의 생명체를 찾는 열쇠는 아마도 "수소를 따라가는 것"일 것이다.

 
입력 : 2021.11.22 00:00    출처 : https://singularityhub.com/2021/11/19/how-antarctic-bacteria-live-on-air-and-use-hydrogen-as-fuel-to-make-water/
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