오호츠크 해역 가스수화물 내포 퇴적물 내 서식하는 메탄영양 미생물 군집의 지질생체지표에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 혐기성 메탄산화 (AOM)를 수행하는 메탄 산화 고세균과 황 환원박테리아로 이뤄진 군집체의 지질생체지표 특성과 퇴적 유기물의 기원을 규명하기 위해 가스 수화물 매장지역으로 알려진 오호츠크 해역 내 사할린 사면에서 채취한 퇴적물 코어를 이용하여 다양한 유기지화학적 조사를 수행하였다. 가스 수화물 내포 퇴적물을 포함한 대부분의 정점은 해양성 유기물에 기원을 두고 있었으며, 가장 북쪽에 위치한 LV39-29H 정점의 표층 퇴적물에서는 아무르 강을 통한 육지성 유기물의 유입이 다양한 유기지화학적 지표들을 통해 관찰 되었다. 고세균성 특정 지질생체지표는 수화물 내포 퇴적물인 LV39-40H 코어에서 -47‰ 이하의 가벼운 탄소안정동위원소 비를 나타내며 수직적으로 관찰되었으며, 최대 농도를 보인 90-100cm 퇴적물 깊이가 총 유기탄소의 안정동위원소비 변동을 보인 깊이와 일치하였다. 특정 지질생체지표와 총 유기탄소 안정동위원소 비의 변동을 통해, 이 지역에서는 수화물로부터 해리되는 메탄이 미생물 군집의 에너지원 및 탄소원으로서 중요한 역할을 하는 것으로 사료되며, 가장 활발한 AOM 활성을 보이는 것으로 사료되었던 LV39-40H 코어의 90-100cm 깊이 퇴적물의 경우 총 유기탄소 중 약 4%의 유기탄소가 AOM을 통해 추가로 기여된 것으로 도출되었다. 심층 퇴적물에서 보인 무거운 탄소안정동위원소 비를 갖는 archaeol은 메탄 생성균으로부터 기인한 것으로 사료되며, 이는 미생물에 의해 생성된 메탄이 심층에서 수화물화 되거나 상층에 서식하는 메탄영양 미생물의 탄소원을 지지해주고 있다는 것을 시사한다. 또한 특정지질생체지표의 존재비와 메탄섭식에 따른 탄소안정동위원소 비 분별작용의 차이를 통해 ANME-1/DSS 군집체가 이 지역에 우점 하는 것이 규명되었으며, 이는 ANME-1의 낮은 메탄농도에 대한 적응력으로 인한 것으로 사료된다.; This study investigated the origin and specific lipid biomarkers related to archaeal and bacterial aggregates involved in the anaerobic oxidation of methane (AOM) from well-known cold seep environment (continental slope offshore NE Sakhalin, Sea of Okhotsk). The various organic geochemical indicators indicated that most of the sedimentary organic matter containing gas hydrate should be derived from pelagic bacteria and algae except for a LV39-29H station which was affected from terrestrial vascular plant waxes remarkably. Specific archaeal lipid biomarkers were vertically detected at hydrate-bearing cores (LV39-40H), and corresponded with negative excursion of stable isotope ratios of bulk organic carbon (δ^(13)C_(org)) at 90-100 cmbsf of the core depth. The detected correspondence implies that the methane from the hydrates may be available substrate for microbial community in this region. Stable isotope mass balance reveals that approximately 4% of total organic carbon (or 0.05% of dry weight sediment) were additionally contributed by AOM performing biomass at the depth in LV39-40H cores. Relatively heavier carbon isotopic values of archaeol in the hydrate zone support the hypothesis that methane reduced from CO₂ in deep hydrate layers can support to form hydrate and AOM populations. The observed variation of specific lipid biomarkers implying a mixed AOM archaea of ANME-1, -2 can be explained by different physiological parameters along horizontal and vertical gradients of gas hydrate-bearing settings, demonstrating a preference of ANME-1 archaea for low methane partial pressure.