김진욱 교수 연구팀, 미생물에 의한 광물 상전이 반응 최초 발견

- 생명권의 확장 가능성 제시 -

김진욱 교수(지구시스템과학과) 연구진이 젊은 퇴적층을 가지고 있어 활발한 단층 활동이 발생하는 난카이 해구 지역에서 국제해저지각시추사업(International Ocean Discovery Program, IODP)을 통하여 미생물에 의한 스멕타이트-일라이트 광물 상전이 반응을 발견했다. 연구진은 난카이 해구에서 미생물들이 실질적으로 어떠한 역할을 하는지, 더불어 스멕타이트와 일라이트가 실제로 광물 변위를 하는지에 대한 탐사를 진행했다. 본 연구는 극한 환경에서도 미생물들이 생존한다는 결론을 통해 ‘생명권’의 확장을 제시함과 동시에 광물의 변화를 통해 이러한 현상들이 자연계에서 발견되고 있음을 제시했다. 연구 결과는 지난 12년간 지질학 분야의 1위 학술지로 자리를 굳건히 지키고 있는 <지올로지(Geology)>에 지난 4월 15일 게재됐다.

해당 분야는 40여 년 전부터 광물학자들에게 인기 있는 주제였다. 석유 개발 시 석유의 이동과 생성, 탐사 등에 있어 굉장히 중요한 온도∙지질 구조의 변화 등을 나타낼 수 있는 인덱스로 작용했기 때문이다. 당시에는 주로 온도나 압력, 시간에 의해 변모하는 광물에 대해 다루었는데, 김진욱 교수는 2004년 국제 학술지인 「Science」에 광물의 변화가 기존의 온도 압력 조건 외에도 미생물을 통해 광물이 변화할 수 있음을 시사했다.

이는 미생물의 철 환원 작용, 즉 유기적 반응에 의한 상전이 반응에 대한 것으로 당시 학계에 많은 파장을 일으켰다. 지속적인 연구 이후 2013년 ‘Chikyu+10 International Workshop’에서 기초 발표자로 초청되어 실험실이 아닌 자연계에서도 이러한 유기적 광물 상전이 반응이 발생할 수 있음을 학계에 공표하기도 했다.

2016년에는 국제해저지각시추사업의 한국사업단(K-IODP)의 지원을 기반으로 IODP EXP 370 (370 항차 탐사)에 참여했고, 2004년 발견 이해 15년 만의 회분식 실험 결과를 자연계에서 발견하는 성과를 이뤘다. 김진욱 교수 연구팀은 남극 및 태평양 열수 지역의 탐사를 통해 후속 연구 계속해서 진행 중이다. 이를 기반으로 생명권의 확장, 나아가 전 인류적인 질문에 대한 실마리를 찾기 위한 연구를 지속할 것이라고 밝혔다.

김 교수는 “남극 탐사의 과정에서 국내외 다수의 과학자와 소통하는 시간이 굉장히 유익했다.”고 회고했다. 또한 “미시건에서 공부하던 시절 교수님이 말해주었던 “Science is communication”이 인상 깊었다.”며 “앞으로도 과학자의 양심과 도덕적인 연구를 통해 대중들, 그리고 과학자들과 끊임없는 소통에 집중해야 한다.”고 전했다. 그는 커다란 명제를 가지고 다분야의 전문가들과 협력할 때 진정한 과학의 커뮤니케이션과 발전이 이뤄질 것이라고 덧붙였다.

[그림1] 미생물에의한 스멕타이트-일라이트반응이 심부 600미터 깊이에서 관찰되었으며, 이는 메탄의 형성, 환원철의 증가, 칼륨의 감소 및 황산염의 감소와 밀접한 상관성을 보여준다.