공생의 비밀: 미세 조류의 질소 고정 메커니즘解明으로 해양 건강 증진

Seoul과학자들은 바다의 조류가 성장하는 데 필요한 질소를 얻는 방법을 알아냈습니다. 막스 플랑크 연구소, 알프레드 베게너 연구소, 빈 대학교의 연구자들은 해양 규조류라는 조류가 특정 박테리아와 협력하여 바다의 여러 지역에 많은 질소를 제공한다는 사실을 발견했습니다.

주요 사항:

• 해양 식물성 플랑크톤인 규조류가 질소를 고정하는 Rhizobia 박테리아와 결합합니다.
• 이 박테리아는 육지에서 콩과 식물이 도움을 받는 박테리아와 유사합니다.
• 이 협력관계는 전 세계적인 질소 고정과 이산화탄소 흡수에 중요한 역할을 합니다.
• 이 발견은 새로운 농업 기술 개발에 기여할 수 있습니다.

질소는 모든 생명체에 중요합니다. 질소는 농작물과 해양 식물이 성장하는 데 도움을 주며, 이 해양 식물들은 세계 산소의 절반을 만들어냅니다. 그러나 식물들은 공기 중의 질소를 직접 사용할 수 없습니다. 대두나 완두콩 같은 작물은 뿌리혹박테리아라는 박테리아를 가지고 있어, 질소를 식물이 사용할 수 있는 형태로 바꿔줍니다. 이런 이유로 콩과 식물들은 식량 생산에 중요합니다. 과학자들은 해양 식물이 어떻게 질소를 얻는지 이제서야 완전히 이해하게 되었습니다.

2020년에 과학자들은 열대 북대서양에서 해수를 채취했습니다. 이 지역은 해양 질소 고정이 활발한 곳입니다. 연구자들은 3년간 이 샘플을 분석한 끝에, 질소 고정 효소인 니트로제네이스와 관련된 유전자 조각을 발견했습니다. 이러한 조각들은 이전에 바다의 주요 질소 고정자로 여겨졌던 시아노박테리아에서 유래한 것이 아니었습니다.

발견된 조각들은 Rhizobia와 유사한 박테리아에서 온 것으로 밝혀졌습니다. 연구팀은 이 박테리아의 유전체를 조립하고 Candidatus Tectiglobus diatomicola라는 이름을 지었습니다. 이 발견은 규조류와 비남조류 질소 고정균 사이의 최초의 알려진 협력 관계였습니다.

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과학자들은 유전 탐침을 사용하여 리조비아를 표시하고 그들의 자연 환경에서 관찰했습니다. 그들은 규조류 내부에 네 개의 리조비아가 있는 그룹을 발견했습니다. 이 박테리아는 규조류에 고정 질소를 제공하고, 대가로 탄소를 얻습니다. 이들은 규조류의 성장에 필요한 양보다 100배 더 많은 질소를 생산합니다.

이 새로운 관계는 바다에서 흔히 볼 수 있습니다. 특히 질소를 고정하는 시아노박테리아가 흔하지 않은 지역에서 자주 발견됩니다. 이러한 작은 생물들은 해양 생산성과 대기 중 이산화탄소 흡수에 중요한 역할을 합니다.

이 발견은 농업에 새로운 가능성을 제시합니다. 해양 리조비아는 초기 산소 없는 세균에서 질소를 고정하는 세포와 유사한 특성을 가지고 있습니다. 이는 이러한 새로운 공생체와 그들의 규조류 숙주가 단일 유기체로 변모하는 초기 단계에 있을 수 있음을 의미합니다.

과학자들은 해양 리조비아의 작은 크기와 세포와 같은 특성이 질소 고정 식물을 만드는 데 있어 유망한 후보라고 생각합니다. 이는 농업의 방식을 바꿀 수 있습니다. 연구자들은 이 새로운 관계를 계속 연구하며, 바다에서 이와 유사한 관계를 찾을 것입니다.

이 연구에 참여한 기관들은 다음과 같습니다:

• 독일 브레멘에 위치한 막스 플랑크 해양 미생물학 연구소
• 독일 브레머하펜에 있는 알프레드 베게너 극지 및 해양 연구 헬름홀츠센터
• 오스트리아 비엔나 대학교