저염분 환경서 세균 우세…고균은 활동 급감
기후변화로 질소순환 재편 가능성…온실가스 영향까지

비가 많이 오면 토양과 담수의 염분 농도가 낮아지는 변화는 단순한 환경 변화에 그치지 않습니다. 눈에 보이지 않는 미생물 세계에서는 생태계의 핵심 기능인 '질소 순환'의 주도권이 바뀌는 신호로 작용할 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다.

질소 순환은 식물이 이용할 수 없는 질소를 생물이 활용 가능한 형태로 바꾸는 과정으로, 농업 생산성과 수질, 온실가스 배출까지 연결되는 핵심 생태 기능입니다. 이 가운데 출발점 역할을 하는 '암모니아 산화' 과정이 염분 수준에 따라 근본적으로 달라질 수 있다는 점이 확인된 것입니다.

한국연구재단에 따르면 충북대학교 이성근 연구팀이 토양과 담수 생태계에서 질소 순환의 핵심 과정인 암모니아 산화가 '염분 수준', 즉 저삼투압 환경에 의해 좌우된다는 사실을 규명했습니다.

연구진은 자연 환경을 반영한 저염분 조건과 상대적으로 높은 염분 조건을 적용해 미생물 반응을 분석했습니다. 분석 결과, 염분 수준에 따라 암모니아 산화를 담당하는 미생물 군집이 뚜렷하게 달라지는 것으로 나타났습니다.

저염분 환경에서는 암모니아 산화 세균이 우세하게 나타났고, 반대로 염분이 높은 조건에서는 암모니아 산화 고균의 활동이 상대적으로 활발했습니다.

순수 배양 실험에서도 비슷한 경향이 나타났습니다. 해양 기원의 고균은 염분이 낮아질 경우 성장률이 최대 90% 이상 감소한 반면, 암모니아 산화 세균은 같은 조건에서도 큰 영향을 받지 않는 것으로 확인됐습니다.

연구팀은 유전체 및 전사체 분석을 통해 이러한 차이가 세포 구조와 삼투압 조절 능력에서 비롯된 것으로 분석했습니다. 암모니아 산화 세균은 다양한 이온 조절 시스템을 통해 환경 변화에 대응하는 반면, 암모니아 산화 고균은 상대적으로 제한된 조절 능력 때문에 저염분 환경에 더 민감하게 반응하는 것으로 나타났습니다.

암모니아 산화는 토양 비옥도와 수질, 온실가스 배출과도 연결된 중요한 과정으로, 이번 연구는 질소 순환을 이해하는 새로운 기준을 제시했다는 의미를 갖습니다.

특히 강수 증가와 홍수 등으로 토양과 담수의 염분이 낮아지는 환경 변화가 예상되는 가운데, 미생물 군집 변화와 생태계 기능 변화를 예측하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

이번 연구는 미생물 생태학 분야 국제 학술지 이즈미제이(ISME Journal)에 3월 6일 자로 실렸습니다.