시험&논문용 <우주에서 생존하는 미생물> 미생물의 개요, 범종론과 D.라디오 듀란 미생물, 미생물의 생존 비결

우주에서 생존하는 미생물에서는 먼저 미생물의 개요를 살펴봅니다. 그리고 범종론과 D. 라디오 듀란 미생물의 관계에 대해 알아보고 우주에서 1년을 생존한 이 미생물의 생존 비결을 알아낸 연구에 대해 알아봅니다.

 

우주에서 생존하는 미생물에서 미생물의 개요

미생물이란 무엇입니까? 미생물은 눈으로 볼 수 없을 정도로 작은 생명체입니다. 그렇다면 미생물은 어디에 있을까요? 미생물은 지구상 어디에나 존재합니다. 우리 몸에는 많은 미생물들이 살고 있고, 미생물들은 우리 주변 어디에나 살고 있습니다. 다시 말해 인간은 미생물과 함께 산다고 해도 과언이 아닙니다. 그렇다면 미생물이 인간의 삶에서 동반자일까요? 그동안 미생물이면 유해한 병원체가 많이 나왔기 때문에 미생물이면 더럽고 위험하다는 인식을 갖게 됐습니다. 하지만, 우리가 먹고 있는 발효 식품에 있는 유산균과 같이 우리 몸에 매우 유익한 미생물들도 많이 있습니다. 학자들은 지구상의 미생물 중 1% 미만만이 분리해서 배양되는 것으로 추정하고 있습니다. 이와 같이, 미생물에 대해 발견하고 연구해야 할 알려지지 않은 분야들이 여전히 많이 있습니다. 미생물은 어떻게 처음 발견되었습니까? 미생물의 발견은 현미경의 발견과 관련이 있습니다. 레벤후크가 단식 현미경으로 미생물을 처음 관찰한 떄부터 전자 현미경의 개발에 이르기까지, 현미경의 발전은 미생물학의 발전으로 이어졌습니다. 오늘날 미생물의 순수한 배양은 파스퇴르에 의해 가능해졌고 지금은 150년 이상의 역사를 가지고 있습니다. 그러면 미생물의 종류에는 무엇이 있을까요? 미생물은 원핵미생물과 진핵미생물로 나눌 수 있습니다. 원핵 미생물은 핵산을 둘러싸고 있는 핵막이 없고, 핵산은 대부분 단일 세포로 구성된 세포질에 존재합니다. 원핵 미생물에는 세균인 박테리아와 고세균인 Archaea가 있습니다. 이에 대응하여 핵으로 둘러싸인 막을 가진 진핵 미생물에는 곰팡이와 효모가 포함됩니다. 

 

범종론과 D. 라디오 듀란 미생물

스웨덴의 물리학자 스반테 아레니우스는 "팬퍼미아 가설"을 제안했습니다. 범종은 '우주에 존재하는 씨앗'이라는 뜻으로 우주에 떠 있는 미생물을 씨앗으로 삼아 지구상에서 최초의 생명체가 탄생했다고 주장합니다. DNA의 이중나선 구조를 밝혀낸 공로로 제임스 왓슨과 함께  노벨 생리의학상을 수상한 프랜시스 크릭은 범종론에서 한발 더 나아가 '정향범종론'을 제안했습니다. 무인 우주선에서 고등 외계 문명이 보낸 미생물이 지구로 떨어져 생명체의 기원이 됐다는 것은 파격적인 이론입니다. 하지만, 미국의 과학자 아서 앤더슨은 고용량 감마선으로 캔을 살균할 수 있는지를 실험하던 중 이상한 현상을 발견했습니다. 모든 생명체를 죽일 만큼 충분한 방사선에 노출된 캔이 상했습니다. 앤더슨은 원인을 조사하는 동안 마침내 그 이유를 알아냈습니다. 범인은 강한 방사선에 노출돼도 생존할 수 있는 '다이노코커스 방사성두란'이라는 미생물이었습니다. 방사성 폐기물을 분해하는 능력을 가진 이 박테리아는 지구상의 어떤 생물체보다도 강한 방사선 내성을 가지고 있습니다. 사람의 경우 10 그레이(Gy)의 방사선에 노출되더라도 며칠 안에 사망하고, 미생물이 아무리 생명력이 있다고 해도 200Gy의 선량으로 사망합니다. 하지만 D. 라디오 듀란은 5000 Gy에서 살아남을 수 있습니다 세계에서 가장 강한 박테리아 이 정도의 방사선 저항력으로, 이 미생물은 화성 표면의 30cm 지하에서 120만 년을 견딜 수 있습니다. 따라서, 일부 과학자들은 미래에 지구처럼 화성의 환경을 완전히 바꾸는 테라포밍을 촉진할 때 이 생물체가 기반이 될 것으로 기대하고 있습니다. 한 러시아 과학자는 심지어 이 신비한 미생물이 화성에서 진화했다고 주장했습니다. 사실, D. 라디오듀란은 세계에서 가장 강한 박테리아로 기네스북에 올랐습니다. 그러나 이 미생물들이 고선량의 방사선을 극복하는 메커니즘은 아직 명확하게 확인되지 않았습니다.

미생물의 생존 비결

2015년, 일본 도쿄 대학의 연구원들은 실험을 수행했습니다. 라디오 듀란은 지상에서 약 400 킬로미터 위를 돌고 있는 국제 우주 정거장 밖의 우주 공간으로 달립니다. 알루미늄 패널에 뚫린 지름 1.5mm의 구멍에 넣어 ISS 외벽에 1년간 매달아본 결과 10% 정도가 생존한 것으로 드러났습니다. ISS에 1년간 머물며 물리적 변화를 관찰한 미국인 우주비행사의 경우 DNA와 텔로미어, 장 마이크로바이옴 등이 변화했고 골밀도도 크게 감소한 것으로 나타났습니다. 하지만 그가 머물렀던 ISS 내부와  ISS 외부에서 D. 라디오 듀란은 완전히 다릅니다. 우주복사, 태양으로부터의 자외선, 극심한 진공, 그리고 엄청난 온도 변동, 어떤 물체도 그러한 끔찍한 환경에서 오랫동안 우주 공간에 머무르면 필연적으로 파괴될 것입니다. 그럼에도 불구하고 D.라디오 듀란의 10%가 그러한 조건에서 살아남을 수 있다는 것을 증명했습니다. 범종론에 언급된 '씨앗' 후보 1위 미생물이 된 셈입니다. 범종론 1위 미생물인 그들의 생존 비결은 무엇입니까. 최근 국제 공동 연구원들은 어떻게 이 미생물이 우주에서 살아남을 수 있는지 조사했습니다. 탈수 상태에서 1년간 지구에 방치된 방사성 두란과 탈수상태에서  ISS 밖 우주에서 생존한 라디오 듀란. 이 두 미생물 표본을 모두  조사한 결과 외계에서 살았던 방사성 듀란들은 대조군에 비해 생존율이 훨씬 낮았습니다. 하지만 살아남은 개체들은 형태학적 손상이 없었고, 지구에 살았던 형제들과 달리 외막에 수많은 소포를 만들어 낸 것으로 밝혀졌습니다. 다수의 소포로 저항 메커니즘을 활성화 한 것입니다.  따라서 많은 회복 메커니즘이 또한 촉발되었고 일부 단백질과 전령 RNA가 풍부해졌습니다. 연구진은 우주 생존 미생물에서 형성된 외막 소포가 영양소 획득, DNA 전달, 독소 민감 분자 수송 등에 중요한 단백질을 포함할 수 있고, 우주 노출 후 저항 메커니즘 활성화를 유도하는 기능을 할 수 있다고 추정했습니다. 이번 연구 결과는 국제학술지 마이크로바이옴에 게재됐습니다. 이 연구는 우리가 지구 너머 생명체가 존재할 수 있는 메커니즘과 과정을 이해하는 데 도움을 주며, 그러한 능력을 가진 유기체가 우주로 훨씬 더 오래 그리고 더 멀리 여행할 수 있다는 것을 알려준다고 연구원은 말했습니다.