[과학과 놀자] 지구에 산소 공급하지만 녹조현상 일으키기도

(145) 고맙고 무서운 남세균(시아노박테리아)

마이크로시스티스속 Microcystis aeruginosa

지구 초기 대기는 대부분 이산화탄소였다. 그러다 바닷속에서 광합성을 하는 원시 생명체가 등장했고, 에너지를 얻기 위해 광합성하고 남은 찌꺼기인 산소가 늘었다. 30억 년 전쯤 지구에 출현한 것으로 추정되는 남세균은 약 25억 년 전부터 지구를 뒤덮었고, 엄청난 양의 산소를 내뿜었다.

이 세균이 만든 산소는 바닷속에서 철과 만나 철이 대량 함유된 호상철광층을 형성했고, 엄청나게 많은 양의 산소가 소비되고도 남아 대기로 방출됐다. 그렇게 지구 대기에 산소가 많아졌고, 성층권에 오존층이 형성돼 육상으로 생명체가 올라올 수 있었다.

아나베나속 Anabaena flosaquae

남조류(blue-green algae)로 알려졌던 남세균은 광합성으로 햇빛에서 에너지를 얻고, 유기 화합물과 산소를 생산하는 최초 유기체다. 주로 연녹색을 띠며 세포들이 모여 커다란 군체를 형성하기 때문에 맨눈으로 작은 알갱이들을 볼 수 있다. 세포가 죽어서 터지면 세포 속 청색 색소가 퍼져나와 남색을 띤다는 의미로 남조류라 부르게 됐다. 남세균은 지금도 지구에 살면서 왕성하게 산소를 만들고 있다. 바다와 강, 호수에서 단세포 미생물로 광합성하고, 육지에서는 식물 속 엽록체로 존재하며 광합성을 한다.

인공 광합성을 연구하는 과학자들은 인공 남세균을 만들어 온실기체인 이산화탄소를 제거하고, 사람들에게 유용한 물질을 생산하는 기술을 개발하고 있다. 미 항공우주국(NASA)에서는 남세균이 화성에 산소를 만들어낼 수 있는지를 연구한다. 남세균은 화성의 물처럼 먼지만 포함된 물이어도 성장할 수 있고, 화성처럼 압력이 낮은 대기에서 활용할 수 있는 기체들을 스스로의 탄소와 질소 공급원으로 사용할 수 있음을 확인했다. 현재 알려진 남세균은 150속, 2000종이 넘는다. 일반적으로 물이 있는 곳이면 어디에서든지 생존해 눈 속에 사는 종도 있고, 80도 이상의 뜨거운 온천물에 사는 종도 있다. 바다와 강, 호수는 물론 땅속이나 나무줄기 위에서도 살고, 같은 종이 열대 온대 한대에서 살기도 한다.

흔들말속 Oscillatoria princeps

원시 지구에서부터 지금까지 산소를 만들고, 이산화탄소 제거 기술 개발에 도움을 주고, 나아가 우주 탐사 프로젝트에서도 중요한 연구 대상인 남세균은 우리보다 훨씬 전부터 지구에 정착한 고마운 생물이다. 그러나 세계 곳곳의 수역에서 녹조현상을 일으키는 주범으로 지목받고 있는 것 역시 남세균이다.

여름이면 강이나 호수의 물이 녹색으로 변하는 것을 ‘녹조(綠潮)현상’이라 부른다. 정확히는 조류가 대량으로 번성하는 ‘조류 대발생’으로, 다양한 조류가 대량으로 번성하면서 물의 색이 변하기 때문에 영어로는 ‘water bloom(물꽃)’, 일본어로는 ‘미즈노 하나(水の華)’라고 한다. 우리나라 학계는 이를 번역해 물꽃현상 또는 수화현상이라고 불렀다. 그런데 바닷물이 붉게 물드는 ‘적조(赤潮)현상’과 대비해 강이나 호수에서 녹색으로 변하는 현상을 녹조현상이라 부르기 시작했고, 지금은 일반에 쉽게 이해되는 용어로 널리 사용하고 있다.

아파니조메논속 Aphanizomenon flos-aquae

남세균이 번식하기 좋은 조건은 수온이 높고, 인(燐)이 많고, 물의 흐름이 정체된 곳이다. 여름처럼 고온 환경을 좋아해서 햇볕이 잘 드는 최적의 환경을 유지하기 위해 세포 속 기포의 부력으로 수면에 가깝게 분포한다. 주로 수면에 떠 있기 때문에 흐르는 물에서는 떠내려가는데, 어떤 이유로 물의 흐름이 막히고 적절한 조건이 갖춰지면 대량 증식한다. 최근에는 지구온난화로 5월에도 발생하며, 11월까지 지속되기도 한다. 남세균은 인의 농도가 낮으면 경쟁력이 약해져 규조류에 밀리므로 인의 농도는 녹조를 일으키는 중요한 요소다. 모든 생물에게 꼭 필요하지만 미량만 필요한 인은 담수에서 용해도가 작고 토양에 잘 흡착하기 때문에 강이나 호수에서는 늘 고갈 상태다. 그러나 생활하수나 축산분뇨, 비료 등을 통해 강이나 호수에 인이 유입되면 늘어난 만큼 남세균이 증식하게 된다.

많은 나라에서 조류 경보 시스템을 운영하고 있고, 재난 대비 행동 요령에 ‘조류 대발생’ 항목이 들어 있다. 결국 인간이 환경오염과 지구온난화를 일으켜 조류 대발생이 빈번해졌고, 앞으로 더 늘어날 수도 있다. 고맙고도 무서운 남세균과 공생하는 길 역시 우리가 찾아야 할 것이다.√ 기억해주세요

원시 지구에서부터 지금까지 산소를 만들고, 이산화탄소 제거 기술 개발에 도움을 주고, 나아가 우주 탐사 프로젝트에서도 중요한 연구 대상인 남세균은 우리보다 훨씬 전부터 지구에 정착한 고마운 생물이다. 그러나 세계 곳곳의 수역에서 녹조현상을 일으키는 주범으로 지목받고 있는 것 역시 남세균이다.

서윤희 한성과학고 교사