연구 결과, 해양 산성화가 식물플랑크톤의 내부 화학을 변화시킨다

네이처 지오사이언스에 발표된 연구는 대기로 배출된 이산화탄소가 식물플랑크톤의 내부 화학을 변화시키고 있다는 사실을 발견했다. 식물플랑크톤은 해양 먹이사슬의 기초를 이루고 지구 산소의 약 절반을 생산하는 미세한 광합성 생물이다. 중국의 황해수산연구소와 하얼빈공업대학이 이끈 연구진은 실험실에서 탈라시오시라 슈도노나나(Thalassiosira pseudonana)라는 규조류를 배양했다. Phys.org에 따르면, 연구진은 규조류가 어떻게 반응하는지 알아보기 위해 높은 이산화탄소와 낮은 인산염에 노출시켰다.

연구진은 규조류를 880일 동안, 1,000세대 이상에 걸쳐 배양했으며, 네 가지 조건에서 시험했다. 현재 해양 조건을 모사한 대조군, 낮은 인산염 환경, 높은 이산화탄소 환경, 그리고 높은 이산화탄소와 낮은 인산염이 함께 있는 복합 환경이었다. 연구진은 실험 전 과정에 걸쳐 세포를 관찰하며 성장, 유전자 발현, 내부 화학의 변화를 분석했다. 변화가 유전된 것인지 일시적인 스트레스 반응인지 시험하기 위해, 연구진은 높은 이산화탄소에서 진화한 규조류를 1,000세대 후 정상 이산화탄소 수준으로 되돌렸다.

이산화탄소 농도가 높았을 때 규조류는 더 빠르게 성장했고, 정상 이산화탄소 수준으로 다시 놓인 뒤에도 더 높은 광합성 속도를 유지했다. 연구 저자들은 이는 변화가 환경에 대한 일시적 반응이 아니라 유전된 것이 되었음을 시사한다고 밝혔다. 저인 조건에서 높은 이산화탄소 수준에 노출된 규조류는 시간이 지남에 따라 탄소 대비 유기 인을 약 26% 덜 함유했다. 이러한 인 함량 감소는 이산화탄소 수준이 바뀌자 역전되었는데, 이는 내부 인 배분이 영구적으로 고정된 것이 아니라 유연하게 유지된다는 뜻이다.

이를 관리하기 위해 세포는 비축 인 저장고를 소진하고 인이 없는 막 지질로 전환했으며, 이를 통해 더 적은 인 예산으로도 계속 성장할 수 있었다. 과학자들은 “그 결과 탄소 축적은 인 저장과 점진적으로 분리된다”고 썼다.

연구진은 또한 자신들의 결과를 야생 플랑크톤 샘플 및 자연 연안 플랑크톤 군집 실험과 비교했고, 전 세계 유전자 발현 데이터를 분석했으며, 지구 시스템 모델을 사용해 2100년까지의 전 지구적 변화를 예측했다. 자연 연안 플랑크톤 군집은 실험실 결과와 유사했으며, 특히 인산염이 부족한 곳에서 그러했다. 그러나 연구진은 “OA[해양 산성화]와 관련된 인(P) 대사의 변화 방향이 모든 분류군에 보편적일 가능성은 낮다”고 지적했다.

이번 발견은 해양이 더 산성화됨에 따라 식물플랑크톤이 더 적은 인을 사용하면서도 계속 성장할 수 있으며, 이는 잠재적으로 해양 생태계 전반의 영양염 균형을 바꿀 수 있음을 시사한다. Phys.org는 그러한 변화가 해양 생물에 정확히 무엇을 의미할지는 불확실하다고 보도했다.