"질소 기체를 생물들이 이용할 수 있는 분자로 바꿀 수 있"는 세균이, 콩 뿌리에서 공생하는 뿌리혹박테리아 같은 질소 고정 세균을 말하는 걸까요? 예전에 어느 책에서 본 기억이 납니다. 물론 우리의 주인공 시아노박테리아도 해당되겠고요.
[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 2부
D-29
“ 스위트피 뿌리를 뚫고 들어가는 방문자
땅에서 스위트피sweet pea(혹은 다른 콩과 식물)를 뽑아 뿌리에 붙어 있는 흙을 신중하게 털어내면 뿌리에 수십 개의 작고(지름 0.3센티미터 정도) 동그란 혹이 돋아 있는 것을 볼 수 있다. 하나를 칼로 자르거나 짜면 그 안에서 붉은 즙이 나오는데, 이것이 미생물이 있다는 증거다. 이 즙은 인간을 비롯한 포유동물의 적혈구 세포에 들어 있는 빨간색 물질과 밀접한 헤모글로빈hemoglobin이 들어 있기 때문에 실제로 피 같은 빨간색을 띤다. 가끔 우리와 미생물의 친족관계를 부인하기가 어려울 정도다. 스위트피 식물들은 적절한 박테리아가 없는 흙에서 자라는 것을 제외하면 거의 모든 뿌리에 이런 혹이 있다. 사실 스위트피만큼 작은 것부터 나무처럼 큰 것에 이르기까지 콩과 식물leguminous plant의 대부분에 이런 혹이 있다. 콩과 식물은 테 없는 모자(보닛bonnet) 모양의 꽃 때문에 알아보기가 쉽다. 텍사스 사람들은 콩과 식물을 '파란 모자blue bonnet'라고 부른다. 뿌리의 결절은 '뿌리혹root nodule'이라고 알려져 있고, 여기에는 박테리아 세포가 빼곡하게 들어 있다.
”
『미생물에 관한 거의 모든 것』 p.168, 존 L. 잉그럼 지음, 김지원 옮김
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“ 이 구조는 대단히 흉측하게 보이지만, 이들의 영향력은 이들을 달고 있는 콩과 식물을 넘어선다. 뿌리혹은 지구의 생태에 큰 영향을 미친다. 그 안에 있는 박테리아 세포들이 기체 질소(N₂)를 고정형(비기체)인 암모니아 이온(NH₄⁺)으로 바꾸는 질소고정을 하기 때문이다. 고정된 질소는 이 혹에서 빠져나와 생명체의 복잡하게 연결된 화학물질 통로를 타고 다른 모든 형태의 고정 질소가 된다. 단백질, 세포막 구성 물질, DNA, RNA 같은 모든 생명체의 필수 요소 대부분에 질소가 들어 있기 때문에, 생명체에는 고정 질소 공급원이 있어야 한다. 이런 유기체 안에 있는 여러 형태의 질소들은 한때 대기 중의 기체 질소였다.
지구상에는 동물이나 식물이나 동물 사체의 미생물 덩어리를 먹을 때 얻는 것처럼 한 생명체에서 다른 생명체로 끊임없이 고정 질소가 전달되는 안정적인 자원이 존재하지 않는다. 왜냐하면 일부 고정 질소는 (특정 미생물에 의해 독점적으로) 계속해서 기체 질소로 바뀌어 다시 대기 중으로 돌아가기 때문이다. 후에 이야기할 폐수 처리 공장의 생성물에서 이런 생성자들을 보게 될 것이다. 그러니까 기체 질소를 고정 형태로 끊임없이 보내주지 않으면 모든 생명체는 조만간 종말을 맞이할 것이다. 뿌리혹만이 질소를 고정시키는 것은 아니지만, 이들은 질소를 기체에서 고정형으로 만드는 자연계의 구성요소 중 큰 몫을 차지하고 있다. 나머지 거의 모든 자연계 질소의 흐름은 독립 미생물과 식물이나 흰개미 같은 동물과 공생하는 다른 미생물들의 역할이다. 미생물 중 대표적인 원핵생물, 주로 박테리아와 몇몇 고세균들은 질소를 고정시킬 수 있는 유일한 생명체이다. ”
『미생물에 관한 거의 모든 것』 p.170, 존 L. 잉그럼 지음, 김지원 옮김
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“ 벼락이나 자외선 복사, 화재 같은 천재지변 때문에 일어나는 자발적 화학반응으로 생기는 아주 적은 양의 고정 질소를 제외하면, 20세기까지 지구상에서 모든 고정 질소를 공급하는 것은 자연계에서 미생물의 역할이었다. 내연기관을 비롯한 고온의 공정 같은 인간의 행위 역시 질소를 일부 고정시키는 데 기여한다. 하지만 1908년 독일의 화학자 프리츠 하버Fritz Haber가 질소와 수소 기체를 암모니아 형태로 고정시키는 화학 공정을 개발하면서 엄청난 변화가 일어났다. 제1차 세계대전 동안 산업적으로 질소를 생산하기 시작한 것이다. 이제 하버법Haber process 및 그와 관련된 산업적 방법을 통한 고정 질소의 생산이 세계 질소 공급의 절반을 도맡고 있다.
의심의 여지없이 하버법은 인류의 복지에 큰 공헌을 세웠다. 하버법으로 다량의 질소 비료를 공급할 수 있게 되었고, 이 비료 덕분에 작물 생산량이 증가하지 않았다면 녹색혁명과 이로 인한 기아 예방은 불가능했을 것이다. 물론 단점도 있다. 하버법은 많은 에너지를 사용하기 때문에 (주로 천연가스 형태로) 부수적인 이산화탄소의 생산과 땅의 지나친 비옥화라는 생태학적 문제를 야기했다. 예를 들어 체서피크 만에서 후자의 영향을 볼 수 있다. 비료에 든 과량의 질소와 인이 주로 농경지에서 만으로 흘러나와서 조류를 과잉 번식시켰고('녹조현상'), 이로 인해 바닷속의 해초들이 햇빛을 받지 못하게 되었다. 그 결과 산소가 부족해져 물고기와 식물을 포함한 해양생물들이 죽어갔다. 만은 빠르게 해양 사막이 됨으로써 하버법의 큰 희생자가 되었다. ”
『미생물에 관한 거의 모든 것』 pp.170~171, 존 L. 잉그럼 지음, 김지원 옮김
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옆방 YG님께서 저희 지역구 도서관에 강의하러 오셨을 때 프리츠 하버와 하버-보슈법에 관해 얘기해 주셨던 게 기억납니다. 질소 비료로 수많은 인류를 살렸지만, 2차대전 때 가스실로 악명높은 나치의 독가스를 개발한 것도 하버라고 하더라고요. 과학기술이 가진 양면성이 이런 것인가 봐요. 어떤 정치 사회적 목적에서 쓰이는지에 따라 사람을 대량으로 살릴 수도 있고 죽일 수도 있네요. 산업화가 야기하는 생태계 파괴라든가, 최근 너무 심각해진 기후위기 문제도 마찬가지고요..
질소 기체를 생물이 이용할 수 있도록 암모니아(NH₃) 형태로 바꾸어(환원) 생태계에 공급하는 하는 과정을 질소 고정(Nitrogen Fixation)이라고 합니다. 말씀하신 대로 질소 고정 세균(Nitrogen Fixing Bacteria)이라고 하죠.
공생 질소 고정균인Symbiotic Nitrogen Fixers -> 뿌리혹박테리아Rhizobium, 프랑키아Frankia
단독 생활 고정균Free-living NItrogen Fixers -> 아조토박터Azotobacter, 클로스트리듐Clostridium, 시아노박테리아[남세균] Cyanobacteria 등이 있습니다.
공생 질소 고정균은 주로 콩과 식물의 뿌리로 들어가서 자리를 잡아요. 식물에게서 당분을 에너지원으로 공급받아 고정한 질소 를 식물에게 드리면서 서로 주고받는 관계가 됩니다.
단독 생활 고정균은 토양이나 물 속에서 혼자 살아요. 주변의 유기물을 분해하거나 스스로 광합성을 해서 필요한 에너지를 얻어요.
뿌리혹박테리아는 협력을 해야 하고 시아노박테리아는 독립 생활을 잘 한다고 보면 되겠네요. ^^
오, 명료한 비교 설명 감사합니다. 뿌리혹박테리아가 흙에 남기는 천연 질소 비료(?) 덕분에 지력이 좋아지니까, 어떤 땅을 비옥하게 만들려면 우선 콩부터 심었다고 하더라고요! 그러고보면 뿌리혹박테리아도 지금 우리를 여기 있게 해준 시아노박테리아만큼이나 고마운 존재네요.
“ 지구가 성숙함에 따라서, 크고 안정적인 대륙들이 수면 위로 올라오면서 침식되어서 바다로 유입되는 인의 양도 늘어났다. 이윽고 다른 전자 공여자들을 이용할 수 있는 수준을 넘어서 인이 충분히 공급됨에 따라서, 남세균은 생태적으로 중요한 위치에 올라섰다. 그러자 이윽고 남세균은 세계를 변모시켰다. 남세균이 생산하는 산소는 햇빛이 드는 물에서 다른 전자의 원천들을 다 제거함으로써, 생물권을 산소성 광합성과 산소가 풍부한 공기 쪽으로 영구히 돌려놓았다. 게다가 퇴적물이 남세균이 생산한 유기물을 뒤덮어서 호흡을 통해 분해되는 것을 차단하면서, 지구의 산소 축적 엔진은 본궤도에 올랐다. 상황은 이제 돌이킬 수 없었다.
이 견해에 따르면, 대산소화 사건은 단순히 지구의 물리적 발달의 산물이 아니었다. 진화적 혁신만을 반영한 것도 아니었다. 지표면을 변모시킨 것은 지구와 생명의 상호작용이었다. ”
『지구의 짧은 역사 - 한 권으로 읽는 하버드 자연사 강의』 131쪽, 앤드루 H. 놀 지음, 이한음 옮김
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산소가 없는 환경에서는 초기 광합성 세균들이나 혐기성 세균들이 "다른 전자 공여자들(수소 기체, 황화수소, 용액 상태의 철 이온 등)"에서 전자를 추출하는 거지요? 이산화탄 소를 당으로 전환하려면 전자가 필요하니까요. 남세균은 물에서 그 전자를 추출한 것이고요. 이때 전자를 잃은 물은 산소가 되고요. (p.122-123 참고)
원시 대양에서는 남세균이 많은 인을 이용할 수 없어서 광합성량도 적었지만(따라서 산소량도 적고요), 환경이 바뀌어서 남세균이 먹고 살 수 있는 인이 충분히 공급되자, 이들이 생산하는 산소가 많아져 "다른 전자의 원천들"을 다 제거하게 되었다는 얘기로 이해했어요.
그런데 한 가지 아리송한 게 있는데..."퇴적물이 남세균이 생산한 유기물을 뒤덮어서 호흡을 통해 분해되는 것을 차단"했다는 부분이요. 유기물이 호흡을 통해 분해되면 산소를 소비하게 되는데(p.123 참고), 그 과정을 차단한다는 것은 곧, 산소 소비량이 줄어들어 결과적으로 산소가 풍부한 세상에 이바지를 하게 됐다, 이런 의미로 이해하면 될까요?
네 맞아요. 그렇게 이해하시면 될 것 같아요. ^^ 저도 놓치고 지나갈 뻔한 부분이었는데 아주 잘 짚어내셨네요 :)
Harry Styles 'Sign of the Times'
여러 버전의 영상이 있지만 공연장 분위기가 좋아서 공연장 영상으로 올려봅니다.
'Breaking through the atmosphere
And things are pretty good from here'
저는 이 부분이 마음에 드네요.
깜깜한 가운데 관객들이 비추는 빛이.. 우주 공간의 별빛처럼 보여요. 서로 공명하는 것 같고요.
요즘 화제의 영화 프로젝트 헤일메리 ost 이기도 하네요.
https://www.youtube.com/shorts/3u7r-p5I3XQ
https://www.youtube.com/watch?v=bfPvzV3vW3g
Just stop your crying
It's a sign of the times
Welcome to the final show
Hope you're wearing your best clothes
You can't bribe the door on your way to the sky
You look pretty good down here
But you ain't really good
If we never learn we been here before
Why are we always stuck and running from
The bullets
The bullets
We never learn we been here before
Why are we always stuck and running from
The bullets
The bullets
Just stop your crying
It's a sign of the times
We gotta get away from here
We gotta get away from here
Just stop your crying
It will be alright
They told me that the end is near
We gotta get away from here
Just stop crying
Have the time of your life
Breaking through the atmosphere
And things are pretty good from here
Remember everything will be alright
We can meet again somewhere
Somewhere far away from here
If we never learn we been here before
Why are we always stuck and running from
The bullets
The bullets
We never learn we been here before
Why are we always stuck and running from
The bullets
The bullets
Just stop your crying
It's a sign of the times
We gotta get away from here
We gotta get away from here
Just stop your crying
Baby it will be alright
They told me that the end is near
We gotta get away from here
If we never learn we been here before
Why are we always stuck and running from
The bullets
The bullets
We never learn we been here before
Why are we always stuck and running from
The bullets
The bullets
We don't talk enough
We should open up
Before it's all too much
Will we ever learn
We've been here before
It's just what we know
Stop your crying baby
It's a sign of the times
We gotta get away
We got to get away
We got to get away
We got to get away
We got to get away
We got to we got to
We got to we got to
We got to we got to
한로로 '0+0'
가사가 예뻐요.
첫번째 링크는 인형 같은 한로로님
두번째 링크는 정승환님의 커버입니다.
https://www.youtube.com/watch?v=ILDol5yPM0Q
https://www.youtube.com/watch?v=bVp6tXFoCVs
검은 눈동자의 사각지대를 찾으러 가자
여름 코코아, 겨울 수박도
혼나지 않는 파라다이스
앞서가는 너의 머리가
두 볼을 간지럽힐 때
나의 내일이 뛰어오네
난 널 버리지 않아
너도 같은 생각이지?
저 너머의 우리는 결코 우리가 될 수 없단다
영생과 영면의 차이를 너는 알고 있니?
멍든 발목을 꺾으려 해도
망설임 없이 태어나는 꿈
난 널 버리지 않아
너도 같은 생각이지?
저 너머의 우리는 결코 우리가 될 수 없단다
아, 난 널 버리지 않아
너도 같은 생각이지?
난 우리를 영영 잃지 않아
너도 영영 그럴 거지?
음악을 듣다 맨 위의 댓글이 눈에 확 들어왔어요.
저도 그것 보았어요 ^^
"너도 널 버리지마"
“ 폐수 처리 공장
폐수나 하수를 효율적으로 처리하는 것은 20세기 후반에야 널리 퍼진 상당히 최근의 기술이다. 그 이전 대부분의 도시에서는 하수를 처리하지 않았다. 그저 가장 가까운 큰물(강, 만, 바다 등)에 버리고 잘되기만을 바랐을 뿐이다. 그 결과는 당연히 끔찍하고 가끔은 재앙과 같았다. 다량의 하수가 유입되면 새로 들어오는 물이 오염되고, 호기성 미생물이 용존산소를 전부 다 사용한다. 이들은 가득한 유기 영양분을 대사시키며 물을 혐기성으로 바꾸어 물고기를 비롯해 산소를 필요로 하는 모든 해양 생물체들을 죽인다. 그런 다음 혐기성 미생물이 그 자리를 차지하고 발효와 무기호흡을 통해 악취 나는 최종 산물을 생산한다. 황산염 환원균이 바다의 쓰레기장을 검게 만들고, 갑자기 무산소 상태로 변화된다.
이런 변화 중에서 가장 끔찍하고 가장 악명 높은 것은 아마도 1855년 여름 런던의 템스 강에서 일어난 '대악취big stink' 사건일 것이다. 우리 시대에 일어나지 않은 것이 다행스러울 정도로 끔찍한 악취로 가득한 미생물의 천국이었다. 여러 가지 요소들이 이 일을 촉발시키는 데 협력했다. 새로 개발된 수세식 변기 덕에 하수의 총 용량이 어마어마하게 증가해 변기를 비우는 런던의 20만여 개의 분뇨통이 넘쳤다. 기본적으로 공장과 도살장에서 흘러나오는 물을 모으기 위해 만든 길거리의 배수구로 분뇨가 흘러들어가면서 합쳐진 폐수는 템스강으로 들어갔다. 더운 여름이라 하수에서 호기성 박테리아의 대사활동이 더 빨라져 용존산소가 빠르게 소모되었다.
템스 강은 갑자기 산소 부족 상태가 되어 소위 끔찍한 '대악취'를 일으켰다. 냄새를 누그러뜨리기 위해 영국 하원에서는 커튼을 라임즙에 적셨고, 시외로 이전하는 것을 고려했다. 법원들은 옥스퍼드로 이주할 계획을 세웠다. 그러다 늦여름에 폭우가 쏟아져 런던을 식히고 템스 강의 물을 쓸어내려 잠시 냄새에서 해방될 수 있었다. ”
『미생물에 관한 거의 모든 것』 pp.192~193, 존 L. 잉그럼 지음, 김지원 옮김
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“ 버려진 금광의 하류
다양한 색상에 묘하게 아름답게 대단히 눈에 잘 띄는 미생물을 볼 수 있는 이곳은 다행히 점점 더 찾아보기 힘들어지고 있다. 하천 바닥이 불그스름한 오렌지색을 띠어서 황색소년yellow boy이라고도 불리는 이 현상은 광산에서 흘러나오는 물이 미생물에 심각하게 오염되었기 때문에 일어난다. 문제의 미생물은 아나목스 박테리아처럼 무기화합물을 산화시킴으로써 살아가는데, 이 화합물은 환원된 황 화합물이고 대사전구체의 공급원으로는 이산화탄소를 사용한다. 환원된 황을 산화시킬 때 이들은 광산에서 황철석(FeS₂)을 용해시킨다. 이 미생물은 산성을 좋아한다는 의미의 호산세균acidophile이라는 종에 속하는데, 그 이유는 이들이 강한 산성 환경에서 번성하기 때문이다. 이때 그 산성 환경은 자신들이 만든 것이다. 광산의 물이 개울로 흘러갈 때 그 산도가 일부 중화되어 그 물에 녹은 철은 불그스름한 오렌지색을 띠는데, 이 수산화철이 '황색소년'을 형성한다.
이 오염된 세상의 가장 끔찍한 본보기는 리오 틴토Rio Tinto 강(스페인어로 "물든 강"이라는 뜻이며 "붉은 강"이라는 뜻도 있다)이다. 새로 들어오는 물에 중화 능력이 충분치 않기 때문에 강 전체가 상선이 되어 붉어졌다. 스페인 남서부에 위치한 리오 틴토와 하류에 있는 우엘바Huelva(콜럼버스가 신세계를 향한 첫 항해 때 도착한 곳)가 그러하다. 강은 광물로 가득한 커다란 이베리아 황철석 지대의 광산을 씻어내리며 흐른다. 이 지대는 길이가 240킬로미터에 이르고, 28킬로미터에서 38킬로미터 정도의 너비에 수백 미터 깊이로 두껍다. 광산은 이베리아인, 페니키아인, 로마인, 서고트인, 무어인들이 연이어 약 5,000년 동안 사용하였다. 그런 다음 몇 백 년 정도 쉬었다가 19세기에서부터 20세기 말까지 영국인들이 다시 사용하였다. 1986년에 구리 생산이 중단되었고, 금과 은 생산은 1998년에 중단되었다. ”
『미생물에 관한 거의 모든 것』 pp.204~205, 존 L. 잉그럼 지음, 김지원 옮김
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“ 이베리아 황철석 지대의 광산들은 길고 낭만적인 역사를 갖고 있다. 어떤 사람들은 이것이 솔로몬 왕의 전설에 나오는 광산이라고 한다. 사실 이 지대의 일부 지역은 여전히 '솔로몬의 언덕Cerro Salomon'이라고 불린다. 이 광산에서 나는 광물들은 인류 역사에 큰 영향을 미쳤다. 로마인들은 여기서 캔 금속으로 금화와 은화를 만들었고, 광산의 생산물들이 동기 시대와 청동기 시대를 불러왔다. 광산은 트여 있는 구덩이였다. 각각의 광산이 커지면 서로 합쳐져서 몇 킬로미터 너비의 커다란 구멍을 이루었다. 몇 세기 동안 여기서 채굴한 광물의 양은 모두 1.6조 톤에 이를 것으로 추정된다. 구덩이가 지하수면 아래까지 이어지기 때문에 물이 넘쳤다가 빠지곤 했다. 황산화 박테리아의 대사활동이 물을 산성화시키고 이 산성수가 중금속을 용해시켰다. 그 결과 오늘날까지도 끔찍하게 유독한 화합물이 남아 있다. 리오 틴토 강 유역은 아마도 세계에서 가장 오염된 강어귀일 것이다.
광산과 미생물이 힘을 합쳐 물을 대량으로 오염시킨 지역들은 영국, 프랑스, 캐나다, 미국을 비롯하여 세계 여러 곳에 많이 있다. 캘리포니아의 버려진 광산 아이언 마운틴은 가장 악명 높은 곳 중 하나이다. 내가 어린 시절, 내 삼촌은 빨리 낡을 것이 아까워 자신의 페도라 모자를 한 번도 구긴 적 없는 보수적인 사람이었는데, 그가 그 광산 엔지니어로 일할 때 나도 그곳에 가곤 했다. 그때도 이미 엉망이었다. 미국에서 가장 유독한 지역 중 하나로 오래전부터 알려져온 아이언 마운틴 광산은1983년부터 연방 슈퍼펀드super fund(포괄적 환경처리 및 보상 책임법 - 옮긴이) 적용 지역으로 올라 있었다. 1899년부터 새크라멘토 강에서 오수로 인해 치누크 연어가 죽었다고 보도되곤 했다. 아이언 마운틴 광산의 물은 지구상에서 가장 산도가 높은 것으로 기록에 올라 있다. 1990년과 1991년에 채취한 샘플에서는 pH가 -3.6으로 나왔다. 이것은 배터리 산Battery Acid(배터리에 쓰이는 전해질로 물과 황산의 혼합물이다)보다 산도가 1,000배 이상 높은 것이다. 물의 이런 극단적인 산도는 박테리아의 증발의 효과가 혼합된 결과이다. ”
『미생물에 관한 거의 모든 것』 pp.205~206, 존 L. 잉그럼 지음, 김지원 옮김
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“ 아이언 마운틴 광산은 1860년부터 채굴되기 시작하였으며 철, 은, 금, 구리, 아연, 황철석을 생산했다. 황철석pyrite, 즉 황화철iron sulfide은 그 반짝거리는 금속성 모양 대문에 '바보의 금fool's gold'이라고 불리기도 한다. 이것은 산업적으로 황의 공급원으로 사용된다. 황철석이라는 이름은 그리스어 푸라pura(불)에서 나온 것이다. 강철을 내리치면 불꽃이 튀기 때문이다. 황철석은 초기 총기에서 화약에 불을 붙일 때 사용되었다. 아이언 마운틴은 1963년에 채굴이 중단되었지만 광업이 산을 어마어마하게 망가뜨렸기 때문에 오염은 계속 이어졌다. 마운틴 코퍼 사는 여러 가지 방법으로 탄광의 안팎에서 채굴을 했다. 무지지채굴법으로 지하를 뚫고, 노천채광법으로 표면을, 측면채광법으로 옆쪽을 공격했다. 산을 이런 식으로 집단적으로 공격하는 바람에 산이 갈라지며 황철석이 비와 산소에 노출되었다. 미생물이 공격을 시작하기에는 이 정도면 충분했다. ”
『미생물에 관한 거의 모든 것』 pp.206~207, 존 L. 잉그럼 지음, 김지원 옮김
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