캐나다 북극의 미생물에 대한 게놈분석은 화성에서 생존할 수 있는 생명체에 대한 통찰력을 제공한다.

캐나다의 높은 북극에 있는 로스트 해머 스프링(Lost Hammer Spring)의 영구 동토층 아래는 화성의 특정 지역과 가장 유사한 극도로 염도가 높고 매우 춥고 산소가 거의 없는 환경이다. 따라서 화성에 한때 존재했을 수도 있고 여전히 존재할 수도 있는 생명체의 유형에 대해 더 알고 싶다면 이곳이 환상적인 곳이다.

매우 어려운 조건에서 광범위한 검색을 거친 후 맥길 대학교 과학자들은 이전에 확인된 적이 없는 미생물을 발견했다. 또한 최첨단 게놈 기술을 사용하여 신진 대사에 대한 통찰력을 얻었다.

ISME 저널의 최근 논문에서 연구원들은 화성에 해당하는 조건에서 캐나다의 극지방에서 발견된 미생물 군집이 과거에 발견된 유형의 단순한 무기 화합물을 먹고 호흡함으로써 생존할 수 있음을 처음으로 보여주었다. 화성에서 감지됨(메탄, 황산염, 황화물, 이산화탄소, 일산화탄소 등).

이 발견은 매우 설득력이 있어 유럽 우주국(European Space Agency)은 다가오는 ExoMars 임무에 사용될 장비의 생명 감지 기능을 테스트하기 위해 로스트 해머 표면 퇴적물 샘플을 선택했다.

화성 생명체의 청사진 개발

캐나다의 높은 북극에 있는 누나부트(Nunavut)에 있는 로스트 해머 스프링(Lost Hammer Spring)은 현재까지 발견된 가장 염도가 높고 가장 추운 육상 온천 중 하나이다. 영구 동토층의 600미터(2000피트)를 통해 표면으로 이동하는 물은 극도로 염도(~24% 염도)이며 영하의 온도(~-5°C/23°F)에서 다년생이며 산소를 거의 포함하지 않는다. (<1ppm 용존 산소). 극도로 높은 염분 농도는 로스트 해머 스프링이 얼지 않도록 하여 영하의 온도에서도 액체 상태의 물 서식지를 유지할 수 있도록 한다. 이러한 조건은 화성의 특정 지역에서 발견되는 조건과 유사하며, 이곳에서는 광범위한 염전과 차가운 염천이 관찰될 수 있다. 이전 연구에서는 이러한 종류의 화성과 같은 환경에서 미생물의 증거를 보여주었지만 이것은 미생물이 살아 있고 활동적임을 발견한 몇 안 되는 연구 중 하나이다.

화성에 존재할 수 있는 생명체의 종류에 대한 통찰력을 얻기 위해 연구자들은 최신 게놈 도구와 단세포 미생물학 방법을 사용하여 이 독특한 지역에서 새롭고 더 중요하게는 활성 미생물 군집을 식별하고 특성화했다. 미생물을 찾은 다음 그들의 DNA와 mRNA를 시퀀싱하는 것은 쉬운 일이 아니었다. 맥길 대학교 과학자 팀은 천연 자원 과학부의 Lyle Whyte가 이끌었다.

어려운 환경에서 살아남기 위해서는 특이한 생명체가 필요하다

“우리가 활성 미생물 군집을 성공적으로 탐지할 수 있기까지 퇴적물을 가지고 작업하는 데 몇 년이 걸렸다. "환경의 염분이 미생물의 추출과 시퀀싱을 모두 방해하므로 활성 미생물 군집의 증거를 찾을 수 있었을 때 매우 만족스러운 경험이었다."

팀은 스프링 커뮤니티에서 DNA를 분리하고 시퀀싱하여 약 110개의 미생물에서 게놈을 재구성할 수 있었다. 이러한 게놈을 통해 팀은 이러한 생물이 유사한 환경에서 잠재적인 생명체에 대한 청사진 역할을 하는 이 독특한 극한 환경에서 생존하고 번성하는 방법을 결정할 수 있었다. mRNA 시퀀싱을 통해 연구팀은 게놈에서 활성 유전자를 식별할 수 있었고 본질적으로 극한의 스프링 환경에서 활발하게 대사하는 매우 특이한 미생물을 식별할 수 있었다.

생명을 유지하기 위해 유기 물질이 필요하지 않음

"우리가 로스트 해머 스프링(Lost Hammer Spring)에서 발견하고 기술한 미생물은 놀랍다. 다른 미생물과 달리 유기 물질이나 산소에 의존하지 않고 생존하기 때문이다."라고 Whyte는 덧붙인다. “대신 그들은 화성에서 발견되는 메탄, 황화물, 황산염, 일산화탄소 및 이산화탄소와 같은 단순한 무기 화합물을 먹고 호흡함으로써 생존한다. 그들은 또한 대기의 이산화탄소와 질소 가스를 고정할 수 있어 지구와 그 너머의 극한 환경에서 생존하고 번성하는 데 매우 적합하다.”

연구의 다음 단계는 이 이상한 미생물 생태계의 가장 풍부하고 활동적인 구성원을 배양하고 추가로 특성화하여 그들이 왜 그리고 어떻게 그들이 로스트 해머 샘의 매우 춥고 짠 진흙에서 번성하는지 더 잘 이해하는 것이다. 연구자들은 이것이 화성의 게일 분화구에 있는 NASA 큐리오시티 로버에서 최근에 얻은 흥미롭지만 수수께끼 같은 황 및 탄소 동위원소를 해석하는 데 도움이 되기를 바란다.