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May 03, 2023

해양 바이러스: 기후 변화의 수중 플레이어

2023년 6월 9일 이 기사

2023년 6월 9일

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세계는 화석 연료 및 삼림 벌채와 같은 지구 기후 변화의 일반적인 주범에 크게 초점을 맞추고 있는 반면, 예상치 못한 경쟁자 그룹이 바다 깊은 곳에서 나타났습니다. 바로 해양 바이러스입니다. 이 사소하지만 강력한 존재들은 이제 과학자들이 지구의 기후에 미치는 심오한 영향을 밝혀내면서 각광을 받고 있습니다.

약 1030개의 바이러스 입자로 구성된 군대를 갖춘 해양 바이러스는 놀라운 다양성으로 광대한 바다를 지배합니다. 모든 수생 생물은 박테리아, 조류, 원생생물, 어류 등 어떤 방식으로든 그 존재로 인해 영향을 받습니다. 해양 바이러스가 기후 변화에 미치는 순 영향이 긍정적인지 부정적인지에 대한 배심원단의 판단은 아직 미지수입니다. 그러나 점점 늘어나는 증거는 무시하기 어렵습니다. 해양 바이러스는 해양 생태계의 구조 자체를 재편성할 수 있는 변형력을 가지고 있으며 생지화학적 순환에 미치는 영향은 결코 미묘하지 않습니다.

박테리오파지(또는 단순히 파지)(박테리아를 감염시키는 바이러스)는 해양에서 지배적인 바이러스입니다. 감염되면 파지는 바이러스 용해라고 알려진 과정을 통해 불운한 박테리아 숙주를 터뜨려 영양분과 유기물을 주변 해수로 방출합니다. 바이러스 전환(viral shunting)으로 알려진 이 현상은 플랑크톤, 어류 등 먹이사슬의 2차 소비자로부터 미생물 바이오매스를 종속영양세균이 주로 소비하는 용존 유기물 풀로 전환시킵니다.

박테리아가 죽고 분해될 때, 이들의 유기물은 입자상 유기물(POM) 또는 용해된 유기물(DOM)의 풀에 기여할 가능성이 있습니다. POM은 복잡한 구조로 이루어져 있어 해양 미생물에 의해 쉽게 분해되지 않습니다. 결과적으로, 그것은 종종 바다의 더 깊은 곳으로 운반됩니다. 그러나 DOM은 미생물이 더 쉽게 소화할 수 있으므로 미생물의 바이오매스에 통합됩니다. 해양의 미생물 바이오매스가 확장됨에 따라 이는 플랑크톤을 비롯한 더 높은 영양 수준의 유기체의 먹이원이 되며, 이는 결국 어류의 먹이가 됩니다.

그러나 파지는 이러한 미생물을 잡아먹을 수도 있습니다. 파지는 매일 바다에서 약 10~20%의 종속 영양 박테리아와 5~10%의 독립 영양 박테리아를 죽이는 것으로 추정되며, 그 결과 탄소, 영양분 및 기타 미량 원소가 미생물 먹이사슬로 상당히 방출됩니다. 그러면 용해된 유기물은 미생물이 새로 이용 가능한 영양분과 탄소를 열심히 소비하여 더 높은 영양 수준을 통과하는 흐름을 제한하면서 박테리아의 잔치를 촉발합니다. 따라서 바이러스 용해는 탄소를 대기로 방출하는 대신 해양에 보유하는 박테리아 호흡을 촉진합니다. 이러한 방식으로 파지는 연간 약 3기가톤의 탄소를 격리하는 데 간접적으로 도움을 줍니다.

바이러스 용해는 또한 박테리아 세포 내에 핵산과 아미노산 형태로 캡슐화되어 있는 질소와 인과 같은 기타 필수 영양소를 바다의 미생물 먹이사슬로 방출하는 데 중요한 역할을 합니다. 영양이 풍부한 이러한 화합물은 성장과 대사 활동을 촉진하고 종속 영양 미생물과 독립 영양 미생물 모두에게 귀중한 자원 역할을 합니다.

파지는 또한 전세계 CO2 고정의 주요 역할 중 하나인 시아노박테리아의 신진대사를 재구성하여 탄소 순환을 변경할 수 있습니다. 예를 들어, 연구자들은 Synechococcus sp.를 감염시키는 시아노파지를 발견했습니다. 에너지 생산을 최대화하지만 CO2 고정을 억제하여 숙주 광합성을 변경합니다. 그러나 생태계 수준에서 이 현상의 더 넓은 의미는 여전히 수수께끼로 남아 있으며 향후 연구를 위한 중요한 영역을 제시합니다.