북극 땅 속에 묻힌 기후변화 단서 포착

KBSI, 극지연구소와 공동연구
토양 내 분자 수준에서 밝혀내

국내 연구진이 지구온난화로 가장 빠르게 뜨거워지고 있는 북극의 땅속에서, 기후변화의 미래 경로를 가늠할 수 있는 ‘분자 단서’를 발견했다.

한국기초과학지원연구원(KBSI)은 장경순(사진) 디지털오믹스연구부 박사와 정지영 극지연구소 박사 공동연구팀리 캐나다 북극 툰드라 지역에서 7년에 걸쳐 실제 현장 기반의 온난화 시뮬레이션 실험을 수행하고, 토양 깊이에 따른 유기물 조성과 미생물 반응의 변화를 분자 수준에서 규명했다고 23일 밝혔다.

공동 연구팀은 개방형 온도상승챔버(OTC)를 북극 툰드라 현장에 설치, 여름철 기온을 자연스럽게 상승시키는 방식으로 약 7년간 온실 효과를 모사했다. OTC는 온실 효과를 내면서도 자연 기상 변화 조건을 크게 변화시키지 않고 자연적으로 기온을 높이는 방법으로, 전력 공급이 원활하지 않은 극지 연구에 적합하다.

이번 연구는 KBSI 오창바이오·환경연구소에 구축된 15T 초고분해능 퓨리에변환 이온사이클로트론 공명 질량분석기를 활용, 토양 내 수용성 유기물질의 조성과 반응성을 분자 단위로 정밀하게 분석함으로써 기존 방법으로는 포착이 어려운 땅속 생태계 변화 메커니즘을 정량적으로 규명했다. 이처럼 분자 조성과 전환 경로를 함께 분석한 사례는 북극 토양 생태계 연구에서 국내 최초이며, 국제적으로도 드문 정밀 분석 사례에 해당한다.

분석 결과 유기물 함량이 풍부한 지표층(0~5㎝)에서는 온난화에 따른 유기물 조성 변화가 거의 감지되지 않았으나, 상대적으로 유기물이 부족한 하부 토양층(5~10㎝)에서는 온난화 조건에서 질소 농도 증가, 미생물 변환 증가, 특정 유기물질(페놀계 화합물·펩타이드류) 비율 변화 등이 나타나 분자 수준에서의 의미 있는 변화가 확인됐다.

연구팀은 이러한 변화가 장기간 온실효과에 의해 식물 지상부 및 뿌리 생장 촉진으로 인해 근권이 확장되면서 일부 미생물 군집이 하부 토양층에서 활성화됐고, 미생물과 식물의 상호작용이 활발해진 결과로 추정했다.

정지영 박사는 “지금까지는 북극의 표면 생태계에 초점이 맞춰져 있었지만, 이번 연구는 유기물이 부족한 지하 토양 환경이 기후변화에 훨씬 더 민감하게 반응할 수 있음을 과학적으로 입증한 것”이라고 설명했다.

장경순 박사는 “이번 결과는 북극 탄소 순환 모델이나 생태계 변화 시뮬레이션의 정밀도를 높이는 데 중요한 과학적 단서가 될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 환경 분야 국제 학술지 ‘환경 연구(Environmental Research)’ 온라인판에 지난 8일 게재됐다.

구본혁 기자