[표지로 읽는 과학] 식물 생존기능 '질소고정', 해양 조류에서 발견

사이언스 제공

국제학술지 '사이언스'는 이번주 표지로 물속에 사는 단세포성 미생물인 조류(藻類)의 내부를 엑스선(X-RAY)으로 촬영한 모습을 실었다. 표지에 등장한 조류는 '브라루도스파에라 비겔로위'란 식물성 플랑크톤이다. 1억년 전부터 지구에 서식했다는 화석 증거가 남아있다.

X-RAY 단층 촬영을 통해 살펴본 이 조류의 내부에는 특정한 세포 기관이 분열되는 모습이 나타나 있다. 이 생물에게서 진화가 일어나는 모습을 암시한다.

주로 콩과에 속하는 식물이 가진 독특한 생존능력이 더 복잡한 세포 구조를 가진 생물로 확장됐다는 연구가 이번주 사이언스 표지를 장식했다. 타일러 콜 미국 산타크루즈 캘리포니아대 교수가 이끄는 연구팀은 그간 식물에게서 발견됐던 생존 유지 기능인 '질소고정'을 해양 조류에서 처음으로 확인한 연구 결과를 11일(현지시간) 사이언스에 발표했다.

질소고정은 대기 중의 질소를 생물체가 생리적, 화학적으로 이용할 수 있는 상태가 되게끔 질소화합물로 바꿔주는 것을 말한다. 식물에서 생명유지에 필수적인 질소를 제공하고 생장에 도움을 준다. 콩과식물의 뿌리혹에 존재하는 세균이 이러한 능력을 보유하고 있다. 

그동안 질소고정은 뚜렷한 염색체나 핵을 갖지 않은 세포인 원핵세포에서만 수행되는 것으로 여겨졌다. 이번 연구에서는 핵 그리고 염색체를 구성하는 DNA를 가진 진핵세포에서 질소고정이 수행된다는 사실이 밝혀졌다.

브라루도스파에라 비겔로위를 관찰한 이번 연구에선 이 생물이 지닌 진핵세포에서 질소고정 구조가 안정적으로 존재하고 있음이 확인됐다. 세포가 분열하는 모습을 X-RAY로 촬영해 분석한 결과다. 세포 분열의 여러 과정을 관찰한 결과 질소고정을 수행하는 기관은 세포가 분열하기 직전에 두 개로 갈라지며 모세포에서 자손세포로 전달되는 것으로 나타났다.

연구팀은 식물 체내에서 서식하면서 질소고정을 수행하는 세균이 진핵세포에 통합되는 진화가 일어났다고 추정했다. 연구팀은 연구팀은 "진핵세포로 구성된 생물체인 진핵생물이 질소고정을 수행할 수 있는 것을 처음으로 확인했다"며 "이번 연구는 생태계가 마치 진화가 일어나는 극장과 같다는 것을 보여주는 하나의 사례"라고 말했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]