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美연구팀 알래스카 툰드라서 실험…"4~5년만에 반응 놀랍다"

알래스카 데날리국립공원 인근 툰드라 지역 [노던애리조나대학 테드 슈어 교수]

(서울=연합뉴스) 엄남석 기자 = 지구 북쪽 고위도의 동토지대인 투드라의 기온이 오르면서 토양 미생물이 이산화탄소와 메탄 등 온실가스 배출을 늘리는 쪽으로 매우 빠르게 반응할 수 있다는 연구결과가 나왔다.

토양에 저장된 이산화탄소의 절반가량이 툰드라 토양에 저장돼 있고, 그 양이 대기 중에 있는 이산화탄소의 두 배가 넘는다는 점에서 이는 지구온난화를 가속하는 심각한 문제가 될 수 있는 것으로 지적됐다.

미국 조지아공과대학에 따르면 이 대학 토목·환경공학과 코스타스 콘스탄티니디스 교수가 이끄는 연구팀은 미국 에너지부와 국립과학재단 등의 지원을 받아 알래스카 툰드라에서 이뤄진 토양 미생물에 대한 실험 결과를 미국 국립과학원회보(PNAS) 최신호에 발표했다.

연구팀은 온도가 약간만 증가했음에도 4~5년 만에 이산화탄소 및 메탄 방출과 관련된 미생물종(種)과 유전자가 늘어나는 등 매우 빠르게 반응해 "놀랐다"고 밝혔다

연구팀은 한 환경 내에서 배양이 가능하지 않은 미생물을 종과 관계없이 모든 DNA, RNA를 유기적으로 연구하는 '군(群)유전체학(metagenomics)'을 활용했다.

알래스카 툰드라 토양 미생물 실험현장 [노던애리조나대학 테드 슈어 교수 제공]

연구팀은 우선 알래스카 안 데날리국립공원 인근의 습한 산성 툰드라 지역에 2008년 9월 6개의 실험구역을 만들어 연구를 시작했다.

각 구역에는 겨울에 눈이 덮이는 것을 방지하기 위해 5ｍ 거리를 두고 2개 눈막이 울타리를 설치한 대조구를 만들었다. 눈은 높게 쌓이면 단열재 역할을 해 기온을 약 1.1도가량 높이는 것으로 나타났다. 실험구와 대조구는 온도 차이만 있을 뿐 토양 조건은 비슷해 온난화의 효과를 알아볼 수 있는 창구가 됐다.

연구팀은 각 실험구와 대조구에서 각각 15~25㎝, 45~55㎝ 깊이의 토양 샘플을 실험이 시작된 뒤 1년6개월과 4년6개월 뒤에 각각 수거해 미생물 DNA를 추출해 염기서열을 분석했다.

그 결과, 기온이 오르면서 45~55㎝에서는 메탄 생성과 관련된 유전자가 늘어난 반면 이산화탄소를 방출하는 탄소호흡 유기체와 관련된 유전자는 15~25㎝에서 더 많아지는 등 깊이에 따라 차이를 보였다.

얕은 깊이의 샘플은 겨울에는 얼었다가 그 외 나머지 계절에는 녹아있는 활동층(active layer)을, 이보다 깊은 곳의 토양 샘플은 연중 일시적으로만 녹는 영구동토대 바로 윗부분을 나타낸다.

연구팀은 토양샘플 채취 뒤 누적 생태계 호흡량도 측정됐는데 온도가 높아진 곳에서 이산화탄소와 메탄 배출이 더 늘어난 것으로 나타났다.

툰드라 미생물 누적 호흡량 측정 장치 [노던애리조나대학 테드 슈어 교수 제공]

연구팀은 이번 연구를 통해 툰드라에 서식하는 미생물의 종류와 양, 기온상승에 반응하는 종과 반응 정도, 이산화탄소 이용 및 방출과 관련해서 하는 기능 등을 분석하고, 토양 깊이 별로 미생물이 기온상승에 얼마나 빨리 반응하는지 등을 계량화하는 성과를 거뒀다고 밝혔다.

논문 교신저자이기도 한 콘스탄티니디스 교수는 보도자료를 통해 "툰드라에 매우 많은 양의 이산화탄소가 저장돼 있고 이번 실험과 다른 연구를 통해 미생물이 매우 빠르고 분명하게 반응한다는 점이 밝혀진 만큼 북부 고위도 지역의 토양 미생물과 활동이 기후모델에도 반영돼야 한다는 점이 더 분명해졌다"고 강조했다.

eomns@yna.co.kr

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