전자를 먹고 전자를 배출하는 전기생명체라 할 수 있는 세균(전기박테리아)을 철전극을 사용해 인공적으로 육성하는 데 성공했습니다.
우리는 세균이 다양한 에너지원을 흡수해 살아남는다는 것을 알고 있지만 '전기 박테리아'는 매우 특수하게도 순수한 전자를 직접 에너지로서 흡수할 수 있습니다.
이번 연구에서는 이 전기 박테리아를 일체의 영양원 없이도 철전극에서 방출되는 전자만으로 키웠습니다.
전기 박테리아는 도대체 어떤 구조로 살아갈 수 있었던 것일까요?
식사와 호흡의 본질은 전자의 흡수와 배출
전자를 먹고, 전자를 배출해 생활하는 전기 박테리아는 언뜻 지구 생명의 상식에서 벗어난 존재로 보입니다.
그러나 지구생명체로서 결코 일탈하지 않습니다.
왜냐하면 생명을 위한 식사는 전자의 섭취이며, 호흡은 사용이 끝난 전자의 배출로 해석할 수 있기 때문입니다.
우리 인간도 과도한 전자를 듬뿍 함유한 당분을 먹고, 다 쓴 전자를 산소에 전달하는 것으로서 호흡합니다.
그래서 호흡(산소)을 멈추는 것은 버려야 할 전자의 출구를 막는 행위이고, 고통스러운 것은 전자의 흐름이 막혀 있기 때문이라고도 생각 할 수 있습니다.
먹는 것도 배출하는 것도 순수한 전자를 활용하는 전기박테리아는 생물이 수행하는 전자의 흐름을 극한으로 좁힌 존재로, 어떤 의미에서는 가장 순수한 지구생명체라고도 할 수 있습니다.
전기 박테리아를 살리기 위해서는
전자만 있으면 된다
미국 미네소타 대학의 연구자는 다양한 조건으로 이 전기 박테리아의 배양을 하고 있었습니다.
그리고 이번에 'M.ferrooxydans PV-1'이라 불리는 전기박테리아를 전혀 다른 영양원 없이 철전극에서 방출되는 전자만으로 생육시키는데 성공했다고 합니다.
실험에 사용된 장치는 위 그림과 같이 짝을 이루는 전극과 박테리아가 부유하는 배양소로 이루어져 있습니다.
이 배양소에는 일체의 영양소가 포함되어 있지 않았습니다.
실험 결과는 전기 박테리아를 살리는 것만으로 설탕이나 다른 종류의 영양소는 필요 없고 전자만으로도 충분하다는 것을 나타냈습니다.
다음으로 연구자는 전기박테리아의 고향인 해저 퇴적물을 배양소에 삽입한 후 2개의 전극을 사용하여 전기박테리아의 증식을 시도했습니다.
퇴적물에 박힌 2개의 전극 중 하나는 전지를 사용해 퇴적물의 자연전위보다 높은 전위를 걸었고, 다른 하나는 더 낮은 전위를 걸었습니다.
연구자가 각각의 전기박테리아의 전기활동을 조사한 결과, 전기박테리아는 2개의 전극 중 음극의 철전극에서 방출되는 전자를 먹고 다 사용한 전자를 양극으로 배출(호흡)한 것으로
나타 났습니다.
또한 전자를 찾지 못할 경우 박테리아는 굶어 죽게 됩니다.
반대로 전자를 배출할 곳을 찾지 못할 경우에는, 질식사해 버린다는 것입니다.
비슷한 결과는 금속으로 호흡하는 세균을 통해서도 보고가 된 적이 있습니다.
나사도 전기 박테리아에 주목하고 있다
또 이번 연구와 연동해서 연구팀은 8종류의 신종 전기 박테리아 발견에도 성공했습니다.
새로운 신종을 찾아 연구팀은 사우스다코타의 금광산에 배터리를 설치해 전극 주위에 모여드는 세균을 채취하려고 계획하고 있습니다.
전기 박테리아의 탐색을 통해 지구 내부의 숨겨진 생물권을 발견할 수 있을지도 모릅니다.
또, NASA도 전기 박테리아에 주목하고 있습니다.
전기박테리아는 빛과 산소 없이 매우 적은 에너지로 살아남는다고 알려져 있으며, 지구 외 다른 별에서의 생명탐사 후보로서 유망되기 때문 입니다.
앞으로 연구팀은 전기 박테리아에 줄 전자를 한계까지 좁혀 생명 유지에 필요한 최소의 에너지를 산출할 예정이라고 밝혔습니다.
얻은 에너지의 최소값을 다른 생물과 비교하는 것으로, 생명과 전자의 근본적인 물음에 한번더 촉발 할지도 모르겠습니다.
연구 내용은 미국, 미네소타 대학의 자라스·M·서머스 씨등에 의해서 정리되어 7월 14일에 학술 잡지 「mBio」에 게재되었습니다.
Cultivation of an Obligate Fe(II)-Oxidizing Lithoautotrophic Bacterium Using Electrodes
https://mbio.asm.org/content/4/1/e00420-12
Cultivation of an Obligate Fe(II)-Oxidizing Lithoautotrophic Bacterium Using Electrodes
Fe(II)-oxidizing aerobic bacteria are poorly understood, due in part to the difficulties involved in laboratory cultivation. Specific challenges include (i) providing a steady supply of electrons as Fe(II) while (ii) managing rapid formation of insoluble F
mbio.asm.org
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