석송류의 특별한 ‘CAM 광합성’3차 대멸종 전후 평균기온 40도밤에 CO₂를 유기산 형태로 저장낮에 기공 닫고 CO₂활용 광합성수분 손실 획기적으로 줄여 생존 지구 탄생 이후 지금까지 5번의 대멸종이 있었다. 1차 고생대 오르도비스기 대멸종, 2차는 고생대 데본기 후기 대멸종, 3차는 페름기 대멸종, 4차는 중생대 트라이아스기 대멸종, 5차 백악기 대멸종이다. 많은 사람이 대멸종하면 떠올리는 것은 소행성 충돌로 공룡들이 순식간에 사라진 5차 대멸종이다. 그러나 최악의 대멸종은 전체 생물종의 최대 96%가 사라진 3차였다. 사상 최악의 대멸종에도 분명히 살아남은 생물종이 있다. 그 비결은 뭘까. 영국 리즈대, 버밍엄대, 브리스톨대, 노팅엄대, 중국 지질대, 티베트고원 연구소, 미국 캘리포니아 데이비스대(UC 데이비스) 공동 연구팀은 2억 5200만 년 전 발생한 제3차 대멸종에 살아남은 식물을 분석해 본 결과 특수한 광합성 방식 덕분이라고 22일 밝혔다. 이 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘네이처 생태·진화학’ 4월 21일 자에 실렸다. 3차 대멸종의 방아쇠를 당긴 것은 대규모 화산 폭발이었다. 현재의 시베리아 지역에서 발생한 화산활동은 대기 중 이산화탄소 농도를 급격하게 끌어올렸고 지구 온난화, 해양 산소 고갈과 산성화가 연쇄적으로 발생해 웬만한 생물들은 살 수 없는 환경이 됐다. 동물뿐만 아니라 식물도 대형종들은 소멸하고 단순한 식물 군락이 살아남아 빈자리를 채웠다. 대표적인 것이 석송류다. 소형 원시 식물인 석송류는 대멸종 직후의 중생대의 초기 트라이아스기(2억 5100만~2억 4600만 년 전) 생태계를 지배했다. 연구팀은 중국 남서부에서 발굴한 석송류 화석 285점과 이전 연구들에 활용된 화석 200점의 형태와 탄소동위원소 신호를 분석했다. 그 결과, 이 고대 식물들은 같은 지층에서 발견된 다른 식물 화석에 비해 탄소-13 비율이 상대적으로 높은 것으로 확인됐다. 이는 ‘크라슐라산 대사’라고 불리는 CAM 광합성이 활성화될 때 나타나는 특징이다. 일반적인 식물은 낮 동안 기공을 열어 이산화탄소를 흡수하지만 이 과정에서 수분도 증산되기 때문에 극한의 고온·건조 환경에서 살아남기 어렵다. 그러나 CAM 광합성 식물은 기온이 떨어지는 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 유기산 형태로 저장한 다음 낮에는 기공을 닫고 저장해 둔 이산화탄소를 이용해 광합성을 진행한다. 그 덕분에 수분 손실을 획기적으로 줄이면서도 광합성 효율은 유지할 수 있다는 장점이 있다. 선인장, 파인애플, 돌나물과 식물 등이 대표적인 CAM 식물이다. 연구팀은 3차 대멸종 전후 기후 시뮬레이션을 한 결과 당시 일(日) 최고기온은 1년 내내 평균 40도를 넘었으며, 일부 지역은 65도까지 오른 것으로 나타났다. CAM 광합성 능력이 없는 식물은 살아남을 수 없는 환경이었다. 연구팀은 이번 연구가 단순히 고생물학 성과에 그치지 않는다고 지적했다. 대기 중 이산화탄소 농도 급증과 그에 따른 온난화라는 조건이 3차 대멸종 당시와 현재가 놀랍도록 닮아 있기 때문이다. 연구를 이끈 젠 슈 영국 리즈대 교수(고식물학)는 “CAM 광합성이 극한 환경에서 반복적으로 진화해 온 ‘생존 전략’이라는 점은 미래의 기후 시나리오에서 어떤 식물이 살아남을 수 있는지를 예측할 때 중요한 단서가 될 것”이라고 설명했다.

산호는 동물이지만, 식물처럼 광합성을 통해 에너지를 얻는다. 스스로는 광합성을 할 수 없지만, 광합성을 하는 공생 미생물의 도움을 받아 에너지를 얻는다. 사실 알록달록 다양한 산호의 색은 내부에 살고 있는 공생 미생물에 의한 것이다. 하지만 산호 속에서 살아가는 미생물은 광합성 조류만이 아니다. 그 외에도 수많은 세균과 심지어 바이러스가 산호의 몸속에서 살고 있다. 호주 멜버른 대학, 호주 해양 과학 연구소, 오스트리아 빈 대학 과학자들은 산호의 복잡한 공생 미생물의 상호 작용을 연구하던 중 의외의 사실을 발견했다. 산호의 공생 미생물은 대부분은 골격과 점액에 살고 있고 일부만 조직에 살고 있다. 조직에 있는 세균들은 뭉쳐서 CAMAs(cell-associated microbial aggregates)라는 세균 덩어리를 이루는 데, 이들의 종류에 대해서는 알려진 것이 적었다. 연구팀은 호주의 그레이트 배리어 리프(대보초)에 살고 있는 산호인 포실로포라 아쿠타(Pocillopora acuta)의 조직에서 두 종류의 새로운 CAMAs를 발견했다. 첫 번째는 엔도조이코모나스(Endozoicomonas)라는 세균으로 광합성을 하진 않지만, 비타민 B를 합성하고 항생 물질을 분비해 산호를 돕는 공생 미생물이다. 두 번째 세균은 놀랍게도 사람에게서 성병을 일으키는 클라미디아 계통으로 밝혀졌다. 클라미디아 속의 세균 가운데 클라미디아 트라코마티스(Chlamydia trachomatis)는 남성에서는 비임균성 요도염, 여성에서는 자궁경부염을 일으키는 원인균으로 알려져 있다. 하지만 이번에 발견된 산호의 클라미디아는 적어도 산호에 병을 일으키지는 않는 것으로 나타났다. 대신 산호에 무슨 도움을 주는지는 확실치 않았다. 특이한 점은 산호가 아니라 다른 공생 미생물에서 영양분을 얻는다는 것인데, 산호 자체보다 다른 세균과 공생 관계일 가능성이 있다. 전 세계 산호초는 바다에서 생태학적 가치가 가장 높은 지역이지만, 지구 온난화와 해양 오염으로 몸살을 앓고 있다. 산호는 상태가 나빠지면 공생 미생물을 모두 내보내고 흰색으로 바뀌는 백화 현상을 일으키는데, 이는 산호가 죽기 직전 상태라는 의미다. 따라서 산호를 살리기 위해서는 산호에 공생하는 미생물의 종류를 파악해 이를 공급할 방법을 연구해야 한다. 연구팀은 이번에 새로 발견한 공생 미생물 산호초 보호에 도움이 될 것으로 기대하고 있다.