지구의 평균 기온은 태양의 복사에너지를 통해 약 15℃ 정도로 유지되도록 조절 되어 왔다. 그러나 지구 온난화로 인해 지난 20년 동안 약 0.5℃ 의 기온상승이 있었고 21세기 중반에는 전체적으로 1℃ 정도의 기온 상승이 예상되고 있다.

화석연료의 과도한 사용으로 인해 발생된 이산화탄소가 지구 온난화 현상의 주범이라는 것은 이미 잘 알려진 사실이기에 그동안 이산화탄소를 줄이기 위한 많은 노력들을 추진해 왔지만 아직까지 확실한 방법을 찾아내지는 못하고 있다.

다만, 얼마 전까지만 해도 이산화탄소를 쓰레기처럼 땅속이나 바다 깊은 곳에 묻어 버리면 되지 않느냐라는 생각을 허황된 상상으로만 여겼던 것과는 달리, 이제는 이산화탄소를 암석에 저장하여 감소시킬 수 있는 새로운 방안이 시도되고 있다. 바로 미생물에 의해서다.

세균을 이용하여 이산화탄소를 암석에 저장

최근 ‘sciencemag'에 따르면 미국의 과학자들이 미생물인 세균을 이용하여 이산화탄소를 포집하고 이를 암석 속에 가두는 기술을 개발한 것으로 알려졌다. 이대로 가다가는 생존의 문제에 직결될 지도 모를 기후변화의 위험을 낮출 수 있다는 사실을 밝혀낸 것이다. 

‘로렌스 버클리(Lawrence Berkeley)’ 국립연구센터의 생화학자인 ‘제니 카푸치오(Jenny Cappuccio)’ 박사가 이끄는 연구진은 그동안 이산화탄소의 광물화 속도를 증가시키기 위한 방법을 연구하고 있었는데 그 과정 중에 다양한 세균의 혼합물을 염화칼슘 수용액에 첨가한 다음 이산화탄소를 투입하고 어떠한 현상이 발생하는지를 관찰했다.

▲ 세균이 방해석의 형성을 촉진한다는 사실이 밝혀졌다.  ⓒFreeImage

그 결과, 세균이 투입된 염화칼슘 수용액에서는 멸균된 염화칼슘 수용액에서보다 탄산칼슘이 더 신속하게 형성되는 것으로 나타났는데 연구진은 한 걸음 더 나아가, 이러한 과정을 거쳐서 생성된 탄산칼슘의 광물구조를 분석해 보았다.

그 결과 세균의 도움을 받아 생성된 탄산칼슘은 광물의 구조가 여느 탄산칼슘과 구조가 다른 것으로 밝혀졌는데 세균이 관여한 탄산칼슘은 기존의 탄산칼슘이 ‘비정형의 검은 덩어리(amorphous black lumps)’를 형성하는 것과는 달리, ‘백색의 방해석 결정(calcite)’을 형성하는 것으로 나타났다.

더욱 놀라운 것은, 세균이 증식하지 않고 단순히 존재하기만 하는 가운데서도 방해석의 형성이 촉진되는 것으로 밝혀졌다는 점이다. 방해석 결정은 비정형 탄산칼슘보다 훨신 안정적이어서, 암석 속에 격리된 이산화탄소를 오랜 기간동안 보존할 수 있기 때문이다.

유전자 변형 세균으로 이산화탄소를 수백만년 저장 가능

연구진은 세균이 탄산칼슘의 형성을 촉진한다는 연구 결과의 메커니즘을 확인하기 위해 연구에 착수하면서 “세균의 표면에 존재하는 모종의 구조물이 이산화탄소와 칼슘이온의 결합을 도울 것”이라는 가설을 설정하였다.

연구진은 가설 검증을 위해 세균의 표면을 변형하여 칼슘이온을 끌어당기게 해 보았는데 연구진의 예상은 적중했다. 변형된 세균이 들어 있는 탱크에 이산화탄소를 주입한 결과, 변형되지 않은 세균이 들어 있는 탱크에서보다 더 많은 탄산칼슘이 생성되는 것으로 나타난 것이다.

▲ 방해석의 표면과 결정  ⓒLawrence Berkeley

지난 달, 미국의 ‘생물리학회(the Biophysical Society)’를 통해 발표된 이번 결과에 대해 ‘몬태나(Montana)’ 주립대학의 생명공학자인 ‘로빈 게를라크(Robin Gerlach)’ 박사는 "이번 연구는 다양한 분야에 적용될 수 있는 매우 기초적 수준의 연구이다. 예컨대 경작지역에서 토양을 안정화시킨다든가, 화석에 존재하는 초기 생물의 존재를 밝히는 데 활용될 수 있을 것으로 보인다"라고 논평했다.

연구진은 앞으로 진행 될 연구에서 세균의 유전자를 변형할 경우, 이산화탄소의 포집을 촉진하여 수백만 년 동안 지하에 가두어 둘 수도 있을 것이라고 기대하고 있다. 하지만 이번 연구결과가 현실과 유사한 조건에서 진행된 실험이 아니었기에 암석이 형성되는 지하세계와 가까운 고압과 고온, 그리고 pH등의 조건하에서 검증될 필요가 있다는 의견이 나오고 있다.

이에 따라 연구진은 온도와 압력, 그리고 pH와 염분농도 등의 다양한 물리화학적 극한 환경에서 생육할 수 있는 ‘극한미생물(extremophiles)’의 유전자를 변형하여 이번 연구와 동일한 연구를 다시 한번 실시할 계획인 것으로 알려졌다

김준래 객원기자 | joonrae@naver.com 저작권자 2012.03.09 ⓒ ScienceTimes >본 기사는  에서 제공합니다.