지구 100 2

머리말

051. 대멸종 The Great Dying
052. 트라이아스기 생존자들 Triassic survivors
053. 공룡의 등장 Rise of the dinosaurs
054. 트라이아스기 후기 생명체 Late Triassic life
055. 트라이아스기 바다 생명체 Life in Triassic seas
056. 몽골의 포유동물 Mongolian mammals
057. 아프리카의 거대 공룡 Africa’s giant dinosaurs
058. 호주의 극지 공룡 Australia’s polar dinosaurs
059. 인도의 북쪽 여행 India’s journey north
060. 종자식물의 진화 Evolution of flowering plants
061. 용각류의 수수께끼 Sauropod puzzles
062. 조류와 공룡의 연결 고리 Linking birds and dinosaurs
063. 공룡의 알과 새끼 Dinosaur eggs and babies
064. 중생대의 끝 The end of the Mesozoic
065. 신생대의 회복 The Cenozoic recovery
066. 영장류의 시작 Primate beginnings
067. 팔레오세-에오세 최대 온도 PETM
068. 대지구대 The Great Rift Valley
069. 과거의 기후 변화 Changing climates of the past
070. 오스트랄로피테쿠스속 The australopithecine clan
071. 진짜 대홍수 The real ‘Great Flood’
072. 제4기 빙하기 The Quaternary Ice Age
073. 호모속 Genus Homo
074. 최초의 예술 The first art
075. 네안데르탈인의 수수께끼 Neanderthal mysteries
076. 의외의 사촌 Unexpected cousins
077. 신드리아스기 The Younger Dryas
078. 대홍수 Megafloods
079. 홀로세의 반동 The Holocene rebound
080. 동식물 기르기 Domestication of plants and animals
081. 사라진 거대 동물 Disappearing megafauna
082. 생물 다양성 Biodiversity
083. 극한성 생물 Extremophiles
084. 해양 생물 총조사 The Census of Marine Life
085. 인간의 과잉 살상 Human overkill
086. 이산화탄소 기록 The carbon dioxide record
087. 기후 변화와 산의 침식 Climate change and mountain erosion
088. 변화하는 해수면 높이 Changing sea levels
089. 서식지 이동 Habitats on the move
090. 토양으로부터의 위협 Danger from the soil
091. 담수 문제 Freshwater challenges
092. 석탄에 미래가 있을까 Does coal have a future?
093. 대기 오염 물질 Atmospheric pollution
094. 바다의 저산소 현상 Ocean hypoxia
095. 에너지의 미래 Energy futures
096. 아타바스카 타르 샌드 The Athabasca tar sands
097. 하늘로부터의 위협 Threat from the skies
098. 미래의 해수면 높이 Future sea levels
099. 미래의 지각 운동 Future tectonics
100. 지구의 운명 The fate of the Earth

용어 설명
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083. 극한성 생물(Extremophiles)

●정의: 일반적인 생명체가 견디지 못하는 극단적인 환경에서 살 수 있는 유기체들.
●발견: 1960년대에 최초의 온천 세균이 발견되었고, 그 뒤 1977년에 심해 열수구 군집이 발견되었다.
●돌파구: 과학자들은 극한성 생물이 지구상의 생물체들이 서식 가능한 환경 범위를 엄청나게 넓혔음을 깨달았다.
●중요성: 극한성 생물은 지구상 생명체의 기원과 다른 세계에서의 생명체 변화를 암시한다.

지난 십 년 동안 극한성 생물에 대한 연구가 대단히 광범위하게 수행되었고 이제는 이 연구에만 전념하는 학계 저널도 있다. 극한성 생물은 지구 생명체의 진화와 다른 행성에 생명체가 있을 가능성에 대한 안목을 제공하기에 특히 관심을 끈다.


20세기의 가장 놀라운 발견 중 하나는 1977년에 해양학자들이 동태평양 해팽의 갈라파고스 제도 근처 해령을 탐사하고자 심해 잠수함 앨빈(Alvin)을 사용하면서 발견했다. 오리건 주립 대학의 잭 콜리스(Jack Corliss)가 이끄는 팀은 고압, 저온에 빛도 없으며 90℃ 이상 온도로 소금물을 뿜어내는 열수구(hydrothermal vent) 주위에서 생명체가 번성하는 심해 지역을 여러 군데 발견했다. 이 열수구는 일반적으로 해저 확장 과정 및 해양 지각 형성과 관련 있다. 해저의 물이 깊게 갈라진 화성암 안으로 침투해 지각 아래에서 순환하고, 거기서 주위 온도인 2℃로 가열되며 주변 암석에서 나온 광물로 풍부해진 후 바닷속 깊은 곳으로 다시 분출된다. 이 열수구 주변의 해저 군집은 광합성과 에너지를 햇빛에 의존할 수 없어서 분출되는 소금물에 있는 황 화합물(특히 황화수소)을 먹고 사는 고세균과 세균이 하는 '화학 합성'에 의존한다. 이 황세균은 지난 수십 년간 발견된 수많은 극한성 생물 중 가장 놀라운 것이다.

극한성 생물의 범위

그 이름이 암시하듯이 극한성 생물은 극한 조건에서 살아가는 데 훌륭하게 적응한 생물이다. 생명체가 존재할 수 있는 일반적인 조건은 기온, pH(산도)와 물의 유무 등 다양한 물리적, 화학적 요인의 영향을 받는다. 극한 조건에서는 생명체 자체가 가진 아미노산 구성 요소가 망가질 수 있기 때문에 1960년대까지 생물학자들은 당연하게도 너무 춥거나, 덥거나, 건조하거나, 산성 혹은 알칼리성인 환경에는 생명체가 없을 거라고 추정했다.
하지만 오늘날 우리는 심해 열수구부터 특출하게 춥고 건조한 남극 맥머도 드라이 밸리(McMurdo Dry Valley)에 이르기까지 극한 조건과 환경에도 굉장히 다양한 생명체가 산다는 것을 안다. 이 극한성 생물들은 식초 정도의 산성부터 베이킹 소다 같은 알칼리성에 이르기까지 극단적인 pH를 견딜 수 있다. 이들은 극단적인 방사능(특히 자외선과 전리 방사선), 압력, 건조도, 염도, 80℃가 넘는 온도와 -15℃ 미만의 온도까지도 견딜 수 있다. 대부분의 극한성 생물은 미생물, 특히 단순한 원핵 고세균과 세균이지만, 최근에 일부 균류와 몇 가지 종자식물, 다모류(polychaete)와 브라인 슈림프 같은 더 복잡한 진핵 극한성 생물도 발견되었다.
하지만 이 중에서 가장 기묘한 것은 완보류(tardigrade)일 것이다. 1.5㎜ 길이의 이 작은 생명체는 극한의 우주 공간에 대한 실험에서 그 대상이 되었고, 건조와 150℃ 이상의 고온, 다른 생물에게는 치명적인 감마선 투사도 견뎠다. 또 다른 생물들은 -272℃라는 극단적인 추위(가장 차가운 온도인 절대 영도보다 딱 1℃ 높은 것이다)에서도 살아남았고, 또 다른 종은 심해 해구의 압력보다 다섯 배 더 높은 5천 기압이라는 고압을 견뎠다.

극한성 생물의 환경

가장 집중적으로 연구된 극한성 생물 중 하나는 미국 옐로스톤 국립공원 같은 육상 온천에서 발견된 미생물이다. 이곳에서는 물이 뜨거운 화성암 속에서 보통의 끓는점 이상으로 과열되어 증기로 뿜어져 나오는 간헐천을 형성한다. 1969년에 발견된 고세균 메타노피루스 칸들레리(Methanopyrus kandleri)는 122℃에서 살아남을 수 있고 메탄을 발생시키는 독특한 신진대사를 가졌다. 온천물은 다양한 광물, 특히 황이 풍부한 경우가 많고, 아이슬란드 크베라게르디(Hveragerði)에서 발견된 술푸리히드로게니비움 로드마니(Sulfurihydrogenibium rodmanii) 같은 황을 산화시키는 극한성 생물이 서식한다. 뉴질랜드 로토카와(Rotokawa) 같은 온천은 뜨겁고 굉장히 산도가 높기로 유명하고, 낮은 pH와 높은 온도를 견딜 수 있는 테르모아나에로박테리움 아오테아로엔시스(Thermoanaerobacterium aotearoensis) 같은 세균이 산다.
더욱 놀라운 것은 캘리포니아 모노 호수(Mono Lake)에서 발견한 새로운 유기체가 비소가 풍부한 조건을 견딜 수 있을 뿐만 아니라 그 유독한 성분을 신진대사에 활용한다는 사실이다. 새로 발견된 세균은 다른 모든 생명체와는 다른 생화학 구조를 가진 것 같고, 어쩌면 DNA와 RNA의 필수 재료인 인 대신 비소를 사용하는 걸지도 모른다. 이것이 입증되면 엄청난 의미를 갖겠지만, 아직은 논쟁 중이다.

극한성 생물에게 배우는 교훈

극한성 생물에 대한 최근 관심은 이들이 생명체의 기원에 대해서 그리고 비슷한 극한 조건을 가진 다른 세계에 생명체가 존재할 가능성에 관해서 우리 생각을 증명할 수 있다는 데에서 기인한다. 지구의 산소가 풍부한 환경은 비교적 최근에 발달한 것이고 미생물은 산소가 훨씬 적던 세계에서 수십억 년 전부터 살아왔다는 점을 고려하면, 일부 과학자들은 생명체가 실은 심해 열수구 주위에서 시작되었을 수도 있다고 주장한다. 이것이 사실이라면 최초의 유기체는 일반적으로 생각하듯이 얕은 물에서 햇빛에 의존한 게 아니라 지구 내부로부터 에너지와 영양분을 얻었던 극한성 생물이었을 것이다. 그러다가 표면 환경이 안정된 후에 얕은 열대 바다라는 좀 더 온화한 조건을 이용하도록 진화했을 수도 있다.
한편 태양계 다른 행성들과 달에 관해 더 많은 것을 알게 되면서 이들의 환경이 지구의 극한성 생물이 사는 환경과 놀랄 만큼 유사하다는 사실을 깨닫고 있다. 화성의 극도로 건조한 평원은 표면 바로 아래에 얼음층이(심지어는 액체 물까지) 있을 것으로 여겨져서 남극 맥머도 드라이 밸리와 어느 정도 유사할 것으로 보인다. 마찬가지로 멀리 있는 거대 행성들의 위성 여러 개에 얼어붙은 외부 지각 아래 갇힌 액체 물로 된 바다가 있고, 아마도 화산 활동까지 일으키는 조수를 통해 따뜻하게 유지되고 있을 거라고 추측한다. 특히 목성의 위성 유로파는 해저에 황을 함유한 화산성 열수구가 있을 것으로 여겨져서 태양계에서 지구 외에 생명체가 있을 가능성이 가장 높은 곳으로 꼽힌다.

19세기 동안 고생대의 소위 '고대 생명체'가 멸종한 삼엽충, 필석, 두족류 앵무조개, 산호, 극피동물, 무악어류 등을 포함한 해양 생명체들로 이루어져 있었음을 보여 주는 화석들이 발견되었다.