Microbial methane oxidation processes in the methane seepage of the Beaufort Sea, Canadian Arctic

Abstract

해저 진흙 화산(submarine mud volcano)에서 방출되는 다량의 가스유체(gas fluid)는 해저면 내 서식하는 메탄관련 미생물 군집들(ANME-1, -2 과 -3)의 주된 탄소원이며, 이들 군집은 메탄 플럭스의 주요한 조절자이다. 북극 보퍼트해의 수심 282 m, 420 m 및 740 m에서 해저 진흙 화산 존재는 2013, 2014년 아라온 북극해 탐사를 통해 확인되었으며, 이 구조에서 3개의 중력코어(ARA05C-10-GC; 길이 221 cm, ARA05C-01-GC; 길이 272 cm, ARA05C-18-GC; 길이 300 cm)를 획득하였다. 본 연구에서는 해저 진흙 화산 내 서식하는 특정 미생물 군집의 분포 및 이들의 메탄산화 기작(methanotropic activity) 증거를 파악하고자, 채취된 코어 퇴적물 내 지질 생체지표(농도, δ13C) 및 16S rRNA 염기서열 분석을 수행했다. 모든 해저 진흙 화산들의 표층 부근 퇴적물(75 cm 이내)에서 메탄관련 지질 화합물 중 높은 농도를 가지는 OH-archaeol (sn-2-hydroxyarchaeol)의 δ13C 값(？113.9‰ ~ ？86.2‰)은 심부생성기원의 메탄의 δ13C 값(？64‰)에 비해 상대적으로 가볍게 나타났다. 이는, 메탄을 탄소원으로 이용하는 메탄산화 고세균의 증거(△δ13CCH4-lipids; 22-50)를 분명히 나타낼 뿐만 아니라, 미생물 다양성에 의해 확인된 Methanosarcinales, ANME-2에 속하는 고세균의 영향이라 예상된다. 북극 내 메탄방출 지역들에서 발표된 메탄산화 군집들(바렌츠해; ANME-3, 척치분지; ANME-1)과는 달리 본 연구지역 내 발견된 ANME-2 군집의 분포와 거동은 메탄 플럭스의 차이, 지속성 뿐 만 아니라 해저면 내 서식하는 저서생물에 의한 산소 공급 및 황화수소 산화와 밀접한 연관성을 가질 것이라 예상된다. 따라서 우점적인 ANME-2 군집 분포는 보퍼트해 해저 진흙 화산으로부터 방출되는 메탄의 생지화학적 산화 증거를 구체적으로 규명하기 위한 유용한 지표가 될 것이라 판단된다.