광합성과 지구의 변화

[이생기심]

[ 광합성과 지구의 변화 ]

45억 4,300만 년 전 지구가 만들어지고 2억 6,000만 년쯤이 경과했을 때 최초의 생명체가 탄생했습니다. 지구의 어두운 산성 구름 사이로 흘러들어오는 흐릿한 햇빛을 이용하여 세균성 생명체와 미생물들이 번식하였는데 이 가운데 남세균이 압도적인 경쟁력을 갖고 있었습니다. 

에너지원으로 햇빛뿐만 아니라 유기 분자가 필요했던 다른 생명체와는 달리 남세균은 물과 햇빛만 있으면 왕성하게 번식할 수가 있었으니까요. 남세균이 광합성을 하면서 방출한 산소는 당시 지구의 바다에 녹아 있던 철을 산화시켜 결정체 형태로 침전시켰습니다. 그에 따라 햇빛이 바닷속으로 더 깊이 침투하면서 대규모 광합성이 일어났고 그 결과 산소가 점점 더 많이 배출되었습니다.

지금은 산소가 지구에 사는 생명체에게는 필수적이지만 초창기의 지구에 존재하던 다른 광합성 생명체에게는 치명적인 독성물질이었습니다. 산소가 대기에 축적되면서 당시 지구상의 생명체를 거의 전멸시키게 되는데 이를 ‘대산소 발생 사건(The Great Oxygenation Event)’이라고 부릅니다.

산소가 전혀 없는 곳에서 살아온 고세균류는 광합성을 통해 지구를 따뜻하게 하는 물질인 메탄을 방출하였는데 산소의 독성 때문에 이제는 메탄을 생성하기가 어렵게 되었습니다. 그에 반해 남세균류는 개체 수가 증가하면서 더 많은 이산화탄소를 소비했습니다.

이산화탄소와 메탄의 감소로 온실효과가 사라지면서 지구는 급속히 얼어붙었습니다. 약 24억 년 전부터 21억 년 전 사이의 3억 년 동안 지구는 빙하로 뒤덮였고 지구에 남은 생명체는 두꺼운 얼음에 갇힌 물웅덩이 아래에 포자 상태로 살아남았습니다. 

빛을 생명으로 바꾸는 광합성이 생명체의 진화가 시작하기도 전에 지구상의 초기 생명체를 거의 전멸시키는 아이러니한 일이 발생한 것입니다. 이후 화산활동이 활발해지고 화산재가 얼음 표면을 검게 만들어 태양열을 잘 흡수할 수 있도록 하면서 지구를 뒤덮고 있던 눈과 얼음이 빠르게 녹기 시작했습니다. 

광합성을 통해 지구상의 생명체를 거의 전멸시키다시피 했던 남세균은 눈 속에 사는 새로운 광합성 조류로 변신하여 지구를 되살리는 데 주도적인 역할을 했습니다. 눈과 얼음 위에서 자라는 빙설조류(snow algae)는 지금도 그린란드와 남극 대륙의 해빙을 가속화하고 있습니다.

15억 6,000만 년 전에는 오늘날의 해조류 모양을 한 다세포 구조를 가진 생명체가 등장하였습니다. 이 신생 해조류가 대기 중의 이산화탄소를 한 번 더 고갈시키면서 7억 2,000만 년 전부터 6억 3,500만 년 전 사이에 또다시 긴 빙하기를 촉발하였습니다.

이후 얼음이 다시 녹으면서 유전적으로는 기존의 생명체와 같지만 형태는 훨씬 복잡한 새로운 생명체가 등장했습니다. 그리고 산소의 농도가 올라가면서 해조류가 물에서 나와 해안을 중심으로 대량으로 서식하기 시작했습니다. 

이끼나 지의류 형태의 생명체는 증식하면서 유기산을 배출함으로써 암석의 풍화를 촉진했습니다. 이 새로운 생명체들은 육지의 틈이란 틈에는 모두 서식하였고 어마어마한 양의 암석들을 무기질과 영양분으로 분해하였습니다.

이 무기질과 영양분은 바다로 씻겨 내려갔고 엄청난 규모의 조류 대증식을 초래하며 대기 중 이산화탄소를 급격히 감소시켰습니다. 그에 따라 5억 4,500만 년 전 역사상 세 번째 빙하기가 도래하였습니다. 광합성이 또다시 지구를 냉동고로 만들어버렸고 생명체 대부분을 멸종의 위기로 몰고 갔습니다.

이와 같이 지구 역사 전반에 걸쳐 변화를 주도한 가장 큰 힘은 광합성이었습니다. 광합성이 너무 과하면 지구는 빙하기 상태가 되고 반대로 너무 적으면 더워졌습니다. 이를 통해 우리는 광합성을 촉진함으로써 이산화탄소의 양을 줄이고 지구의 온도를 낮출 수 있다는 교훈을 얻을 수가 있습니다.

현재 지구상에는 도시와 농업지역 인근에 나무를 심을 수 있는 땅이 900만㎢나 있습니다. 이곳에 산림이 조성된다면 대기에 있는 탄소 초과분의 2/3를 흡수할 수가 있다고 합니다. 

이 외에도 1,800㎢의 사막과 반사막 지대에서 더 많은 식물이 자라게 할 수 있고 2,600만㎢의 연안 해역을 활용한다면 엄청난 양의 탄소를 포집할 수가 있습니다. 탄소 배출을 줄이기 위한 노력도 중요하지만 광합성을 통해 더 많은 탄소를 흡수하기 위한 세계적 공조가 필요한 때입니다.

(사)지역산업입지연구원 원장 홍진기 드림

[이산오]

중아메리카의 끝없는 밀림지대를 보면서 왜 라는 이유를 자주 의문표를 붙여봄니다. 무엇보담도 2000년전의 가뭄으로 인하여 몰살된 마야문명을 생각하면 ...
우리가 사는 100년의 시대는 그저 눈깜박하는 사이와 사이의 시대. (??) ㅎㅎ