식물계에서 식물의 색이 보다 푸른 것, 보다 짙은 녹색이라고 해서 언제나 보다 건강함을 뜻하는 것은 아닙니다. 미세한 해양 조류식물인 식물성 플랑크톤은 환경적 압박을 받으면 보다 짙은 녹색을 띤다는 사실이 과학자들에 의해 확인되고 있습니다. 뿐만 아니라 태평양의 광대한 해역에 걸쳐 식물성 플랑크톤이 보다 짙은 녹색을 띠게 되면 지구 온난화를 일으키는 물질로 지적되는 이산화탄소, CO2 를 정상적으로 흡수하지 못한다는 사실도 확인됐습니다.

이 시간에는 이에 관한 미국 과학자들의 연구내용을 알아봅니다.

동물은 산소가 있어야 살 수 있듯이 식물은 이산화탄소가 있어야 살 수 있습니다. 식물의 이산화탄소 흡수는 자동차와 공업 그리고 산불 등에 의해 대기중에 방출되는 이산화탄소의 양을 줄여주는 역할을 합니다. 식물의 이 같은 역할은 태양열을 잡아두는 이른바 온실가스가 지구온난화를 초래하는 것을 막아줍니다.

식물 가운데 미세 해양조류인 식물성 플랑크톤은 특히 이산화탄소를 흡수하는 큰 역할을 함으로써 마치 지구의 폐와도 같은 기능을 합니다. 태평양의 광대한 열대 해역에서는 자연적으로 최대의 이산화탄소가 대기중에 방출되고 있기 때문에 건강한 식물성 플랑크톤의 이산화탄소 흡수는 대단히 중요합니다. 그런데 단세포인 이 식물성 플랑크톤이 태평양 열대 해역에서 종래에 생각했던 것보다 효율적인 역할을 하지 못하고 있는 것으로 나타났습니다.

미국 오레곤 주립대학의 식물학자인 마이클 베렌펠트 교수가 태평양 열대 해역에서 탐사선을 통해 12년 동안 수집한 자료를 분석한 결과 이 해역에서 서식하는 식물성 플랑크톤의 양이 예상했던 것 보다 줄어든 것으로 나타났습니다. 베렌펠트 교수는 그 이유가 식물성 플랑크톤의 영양결핍 탓이라고 지적합니다.

태평양 열대해역의 바다표면에는 실제로 질소와 인 등 식물성 플랑크톤이 필요로 하는 영양소들이 풍부한데도 그 영양소들을 흡수하지 못하는 것으로 나타났다는 것입니다. 그 이유는 식물성 플랑크톤이 철분 결핍을 겪고 있기 때문이라고 베렌펠트 교수는 지적합니다. 해양 식물들이 필요로 하는 철분은 대체로 사막 같은 건조한 지역으로 부터 불어오는 먼지에 의해 공급됩니다.

베렌펠트 교수 등 오레곤 대학 연구진은 식물성 플랑크톤이 발하는 빛을 측정함으로써 이 플랑크톤의 철분 함량 수준을 밝혀냈습니다. 식물성 플랑크톤의 빛은 플랑크톤이 흡수한 태양 에너지의 일부가 방출되면서 나오는 것입니다. 베렌펠트 교수 연구진은 식물성 플랑크톤은 철분 결핍이 클수록 더 빛을 낸다는 사실을 확인했습니다. 그리고 해양의 식물성 플랑크톤은 철분이 결핍되면 건강할 때 처럼 많은 양의 이산화탄소를 흡수하지 못한다는 것입니다.

베렌펠트 교수 연구진은 이 같은 원인 때문에 태평양 열대해역에서 이전에 추정했던 것보다 연간 25억 톤이나 더 많은 양의 이산화탄소가 대기중에 방출되는 것으로 추산합니다. 태평양 열대 해역에서 일어나는 식물성 플랑크톤의 이 같은 현상은 인공위성에서 이 해역을 촬영한 천연색 사진으로도 알아내지 못했습니다.

인공위성 촬영 사진으로는 이 같은 현상이 식물성 플랑크톤의 서식이 무성한 징후로 간주돼 왔을 뿐입니다. 그러나 실상은 그와 정반대라는 것이 확인됐습니다. 다시 베렌펠트 교수의 말입니다. 식물성 플랑크톤은 철분이 결핍될수록 더 짙은 녹색 빛을 띠는데 일반적으로 식물이 짙은 녹색을 띠면 실제로 건강한 상태이기 때문에 그만큼 더 빠르게 성장하지만 태평양 열대 해역에서는 그렇지가 않은 경우가 흔히 있다는 것이 베렌펠트 교수의 설명입니다.

태평양 열대해역의 식물성 플랑크톤이 시들기 보다 더 짙은 녹색 빛을 내는 것은 세포안에 보다 엽록소가 더 많이 증가하기 때문인데 이는 결핍된 철분을 더 많이 흡수하기 위한 비상한 노력을 나타내는 것이라고 베렌펠트 교수는 분석합니다. 한편, 미국 항공우주국, 나사의 해양생물학자인 폴라 본템피 연구원은 이 연구에 관여하지는 않았지만 베렌펠트 교수팀의 연구 결과는 지구의 탄소순환에 있어서 해양의 역할에 관한 이해를 넓혀주는 것이라고 평가합니다.

전반적인 해양 생태계의 건강은 탄소의 순환에 있어서 상당히 중요한 역할을 하며 해양경제면에서 수 조 달러에 달하는 뒷받침을 하는 셈이라고 본템피 연구원은 강조합니다. 따라서 이 같은 해양 생명체의 과정을 보다 더 잘 이해함으로써 과학자들이 지구체계에 대한 기후변화 등의 영향을 보다 더 잘 예측할 수 있게 된다는 것입니다. 태평양 열대해역의 식물성 플랑크톤에 관한 베렌펠트 교수팀의 연구 내용은 미국의 과학전문지 ‘네이쳐’ 최근호에 실려있습니다.

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In the plant kingdom, greener does not always mean healthier. Scientists have found that microscopic ocean algae called phytoplankton actually get greener when they are stressed.  A new study finds this is why the tiny plants in a large region of the Pacific are failing to absorb as much of the greenhouse gas carbon dioxide as they normally do, with implications for global warming.

Plants thrive on carbon dioxide just as animals do on oxygen. This is good for the atmosphere because plants soak up much of the carbon dioxide emitted by cars, industry, and forest burning. This prevents it from becoming a greenhouse gas that traps the sun's heat to contribute to global warming.

Phytoplankton have a particularly big role to play in absorbing carbon dioxide, acting as the lungs of the planet. This is especially true in the tropical Pacific, the largest natural source of carbon dioxide to the atmosphere.

Yet these single-celled plants may not be as effective in the region as once thought. Oregon State University botanist Michael Behrenfeld says 12 years worth of data gathered from research ships in the region show less than expected phytoplankton abundance because of a nutritional deficiency.

"There are actually lots of nutrients up at the surface, nitrogen and phosphorus, and they don't seem to be taking it up," he noted.  "Why is that? What we found is that these tiny little plants are starved for iron."

The iron for sea plants generally comes down from the dust blown away from arid areas like deserts.

Behrenfeld and colleagues assessed phytoplankton iron levels with a technique that measures their glow. The glow is an emission of some of the solar energy they take in. The more phytoplankton glow, the less iron they have.

Lacking enough iron, phytoplankton do not take in as much carbon dioxide as healthier plants. Behrenfeld's team estimates that up to 2.5 billion more tons of carbon may escape into the atmosphere each year than once believed.

You would not know this by looking at color satellite pictures of the tropical Pacific.  They show very green algae, a condition considered until now a sign of its robustness, but Behrenfeld says his findings show the opposite.

"When phytoplankton are stressed by iron, they actually appear greener," he explained.  "Normally what we think of is that when plants are really green, that means they are really healthy, they are growing really fast, but in the tropical Pacific, that is often not the case."

Behrenfeld says the green stress response occurs when the algae, rather than wither, add more plant cells filled with green chlorophyl.  It apparently is an emergency effort to collect more iron.

A scientist not involved with the study, ocean biologist Paula Bontempi of the U.S. space agency NASA, says the findings expand understanding of the ocean's role in Earth's carbon cycle.

"The health of the ocean's ecosystems overall play a pretty important role in this cycle and support what is a multi-trillion dollar ocean economy," he said.  "Better understanding of these life processes enables the researchers to better predict the impact of things like climate variability and change on the Earth's systems."

The phytoplankton study appears in the journal Nature.