연구진, 에너지 감소할 때 심해 조개가 세균 공생 관계를 조정한다고 보고

Phys.org에 따르면 홍콩과학기술대학교 해양과학과 석좌교수인 첸페이위안이 이끈 연구팀은 화학 에너지로 작동하는 동물과 미생물 간의 공생 관계인 심해 화학합성 공생이 환경 변화에 어떻게 대처하는지에 대한 연구 결과를 보고했다. 이 연구는 국제 협력 연구진과 함께 수행됐으며 학술지 Science Advances에 게재됐다. 논문 제목은 “In situ evidence of tiered adaptations buffering a chemosynthetic clam holobiont against environmental sulfide fluctuations”이다.

보도에 따르면 심해 공생 생물이 변동하는 환경에 어떻게 적응하는지, 숙주와 공생체가 어떻게 협력해 시스템 안정성을 유지하는지에 대한 직접적 증거는 오랫동안 부족했다. 연구팀은 하이마 콜드 시프에서 우점하는 심해 조개인 Archivesica marissinica와 이의 황 산화 세균 공생체, 즉 조개와 함께 살며 황 화합물에서 에너지를 얻는 박테리아에 주목했다.

하이마 콜드 시프에는 발달 단계가 다른 침출 지점들이 있으며, 연구진은 이를 환경 변화에 대한 생물학적 반응을 연구하는 ‘자연 실험실’이라고 설명했다. 조개들은 원래 서식하던 퇴적물에서 해저 약 0.5미터(1.6피트) 위에 놓인 이식 케이지로 옮겨져 황화수소가 풍부한 퇴적물에 도달하지 못하게 됐다. 보도에 따르면 이 설정은 황화수소 이용 가능성 감소를 모사해 에너지와 영양분 획득을 줄였다.

연구진은 HM-2와 HM-3 두 지점에서 이식 연구를 수행했으며, HM-2는 심각한 황화수소 제한을, HM-3는 상대적으로 중간 정도의 제한을 나타냈다. 이들은 심해 현장 이식 실험과 현장 시료 고정을 결합하고, 메타게놈학, 전사체학, 단백질체학, 정량적 PCR, 제자리 혼성화, 투과전자현미경, 단백질 구조 예측을 포함해 유전자, 단백질, 세포 구조를 분석하는 기법을 사용했다. 보도에 따르면 황화수소 이용 가능성 감소는 먼저 세균 공생체에서 뚜렷한 대사 재프로그래밍을 촉발했다.

연구진은 숙주 동물과 미생물 파트너를 아우르는 홀로바이온트에서 공생체 대사, 숙주의 공생 조절, 자원 수송을 포괄하는 계층적 적응 전략을 설명했다. 이들은 공생체의 대사 유연성이 숙주가 정교하게 조절하는 세균 공생체 개체군과 결합해 숙주의 에너지 안정성을 유지하는 데 도움이 된다고 보고했다. 보도에 따르면 이번 발견은 심해 콜드 시프의 화학합성 홀로바이온트가 에너지 공급이 변동할 때 어떻게 회복력을 유지하는지에 대한 현장 증거를 제공한다.

보도에 따르면 이번 연구에는 HKUST 외에도 광둥성 남방 해양과학공학 실험실(광저우), 중국해양대학교, 중국과학원 해양연구소, 캐나다 캘거리대학교가 참여했다. 이는 유엔 해양과학 10년 프로그램인 ‘CliMetS’와 ‘MOCSI’의 틀 안에서 나온 성과다.