새로운 바이오크러스트를 성장시키기 위한 경쟁

원문 링크 : https://www.theearthandi.org/post/grow-new-biocrusts

과학자들은 지구의 '살아있는 지각'을 복원하는 것이 생태계에 도움이 될 수 있다고 생각합니다

Crucial and beautiful. Monument Valley Arizona’s biocrust ecosystem. ©Hans/Wikimedia Public domain

인체가 피부를 보호하고 영양을 공급하는 피부로 덮여 있는 것처럼, 지구의 가장 건조한 부분도 마찬가지입니다. 인체는 생물학적 토양 껍질이라고 알려진 고유한 종류의 "피부"로 덮여 있습니다.

이러한 "바이오크러스트"는 토양 표면의 개방된 지역과 부분적으로 건조 및 반건조 생태계의 토양 내에 사는 미생물 군집입니다. 미생물 생명체와 팀을 이루는 바이오크러스트는 가혹하고 건조한 조건에서 상주 생태계가 번성할 수 있도록 하는 데 중요한 역할을 합니다.

그러나 바이오크러스트의 중요성에도 불구하고 이것이 주류 과학적 관심을 끌게 된 것은 불과 몇 년 밖에 되지 않았습니다. 기후 변화 및 기타 생태학적 문제를 연구하는 과학자들은 바이오크러스트 침식이 예상치 못한 중대한 결과를 초래할 수 있다는 점을 우려해 왔습니다.

이제 바이오크러스트를 더 완전히 이해하고 이러한 생태 환경을 재생하는 방법을 발견하기 위한 경쟁이 진행되고 있습니다. 그러한 기술은 인류에게 더 넓은 기후 변화에 대처할 수 있는 유용한 도구를 제공할 수 있습니다.

바이오크러스트가 중요한 이유

바이오크러스트는 가혹한 조건, 즉 춥거나 건조한 환경으로 인해 관다발 식물의 성장을 방해하는 세계 일부 지역의 토양 상위 몇 밀리미터 내에 존재합니다. 희박한 지상 식물은 햇빛이 지구 표면에 도달하도록 허용하여 이끼, 지의류, 곰팡이 및 박테리아와 같은 유기체 군집이 토양에 서식할 수 있는 조건을 제공합니다.

이들 유기체는 본질적으로 느슨한 토양을 함께 "엮는" 데 도움을 주어 침식과 먼지 폭풍으로부터 표면을 보호하고 토양 비옥도를 높이며 토양이 수분을 유지하도록 돕는 층을 제공합니다.

이들 유기체는 본질적으로 느슨한 토양을 함께 "엮는" 데 도움을 주어 침식과 먼지 폭풍으로부터 표면을 보호하고 토양 비옥도를 높이며 토양이 수분을 유지하도록 돕는 층을 제공합니다. 이 살아있는 지각은 또한 대기로부터 탄소를 포집하는 데 도움을 주고 물 순환에 영향을 줍니다.

건조지는 지구 표면의 45%를 차지하고 25억 명의 사람들을 부양하기 때문에 바이오크러스트의 중요성은 더욱 분명해집니다.

위협받는 바이오크러스트

기후 변화, 가뭄, 오프로드 및 농업과 같은 인간 활동이 바이오크러스트에 부정적인 영향을 미치고 있다는 증거가 늘어나고 있습니다. 건조지 생태계의 10~20%가 이미 훼손되었으며, 그 비율은 더욱 커질 것으로 예상됩니다.

바이오크러스트는 일반적으로 가혹한 조건에 대처할 수 있지만 환경 변화는 부정적인 영향을 미치고 있다고 미국 지질조사국(US Geological Survey)의 생태학자인 사샤 리드(Sasha Reed)는 말합니다.

그녀는 기온 상승과 강수량 감소의 패턴으로 인해 상황이 더욱 극심해지고 결과적으로 바이오크러스트 군집에서 내성이 약한 유기체가 완전히 사라지게 될 것이라고 경고했습니다.

Reed 박사는 또한 인간 활동을 지시하는 바이오크러스트의 취약성을 설명했습니다. 그녀는 The Earth & I에 다음과 같이 말했습니다. "환경 스트레스에 저항력이 있는 바이오크러스트는 매우 취약하며 과도한 방목 및 건설과 같은 인간 활동에 의해 쉽게 부서지고 파괴될 수 있습니다."

그녀는 바이오크러스트를 잃는 것은 더 많은 먼지 폭풍, 낮은 토양 비옥도, 수문학, 생지화학 및 생물 다양성에 큰 변화를 의미할 것이라고 경고했습니다.

USGS research geologist, Dr. Sasha Reed, surrounded by biocrust in Moab, Utah. ©Image courtesy of Sasha Reed

"바이오크러스트에 일어나는 일은 그 중요성과 보급성, 그리고 생태계가 전 세계적으로 어떻게 연결되어 있는지 때문에 우리 모두에게 영향을 미칠 수 있습니다."

한번 파괴되면... 바이오크러스트가 복구되는 데 수십 년이 걸릴 수 있습니다.

그녀는 일단 파괴되면 바이오크러스트가 회복되는 데 수십 년이 걸릴 수 있다고 말했습니다. “바이오크러스트의 광범위한 분해가 미치는 영향의 예는 미국 남서부의 일부 주요 대도시 지역을 점점 더 괴롭히고 있는 먼지 폭풍입니다.”라고 그녀는 말했습니다.

관심 증가

그러나 바이오크러스트라는 주제가 주류 과학 논쟁으로 자리잡기 시작한 것은 최근에 불과합니다.

스페인 알리칸테 대학의 연구원인 Corey Nelson은 2014년부터 바이오크러스트를 연구해 왔습니다. Nelson은 이 주제가 여전히 틈새 분야에 속하지만 여러 가지 이유로 점점 더 주목을 받고 있다고 말합니다.

“안타깝게도 이 일의 가장 큰 원인은 기후 변화로 인한 전 세계적인 사막화 증가입니다. 많은 연구자와 정부 자금 지원 기관은 바이오크러스트를 토지 황폐화를 완화하고 사막화를 늦추는 도구로 보고 있습니다.”

그는 또한 생명공학 회사들이 바이오크러스트가 다양한 문제에 대한 지속 가능한 솔루션을 제공하는 혁신적인 도구가 될 수 있다는 사실을 깨닫기 시작했다고 덧붙였습니다.

"예를 들어," 바이오크러스트는 "태양 에너지 인프라의 먼지 억제" 또는 "광미를 안정화하고 독성 금속을 포착하는 데" 사용될 수 있다고 그는 말했습니다.

Dr. Corey Nelsen at the Grand Canyon (US). ©Image courtesy of Corey Nelsen

바이오크러스트 복원 - 환경적 이점

가뭄과 기후 관련 문제로 인해 추가적인 압력을 받는 경우 바이오크러스트에는 복원이 필요한 경우가 많지만 자연이 해당 과정을 완료하는 데는 상당한 시간이 걸립니다. 그래서 과학자들은 속도를 높이는 방법을 찾고 있습니다.

이를 위해 Nelson은 여러 프로젝트를 진행해 왔습니다. 하나는 바이오크러스트 공동체 내의 미생물 상호작용을 연구하여 바이오크러스트가 어떻게 형성되는지 조사하는 데 중점을 둡니다.

“우리는 바이오크러스트를 형성하는 시아노박테리아가 영양이 부족한 토양에서 생존하고 번성하기 위해 다른 토양 박테리아와 공생 관계를 형성할 수 있다는 것을 발견했습니다.”

“우리는 바이오크러스트를 형성하는 시아노박테리아가 영양이 부족한 토양에서 생존하고 번성하기 위해 다른 토양 박테리아와 공생 관계를 형성할 수 있다는 것을 발견했습니다.”라고 그는 말했습니다.

“이 공생 파트너십에는 자원 거래가 포함됩니다. 시아노박테리아는 파트너에게 당을 제공하고, 그 대가로 이러한 유익한 질소 고정 박테리아는 시아노박테리아에 질소 공급원을 제공합니다. 이러한 자원 거래 관계가 없으면 바이오크러스트가 형성될 수 없습니다.”

Nelson은 악화된 토양을 복원하는 데 도움이 되는 한 가지 방법은 실험실이나 온실 환경에서 시아노박테리아와 같은 바이오크러스트 성분을 배양한 다음 이를 파종하는 것이라고 말했습니다. 그러나 복원 목적으로 바이오크러스트를 재배하려는 많은 초기 시도는 알 수 없는 이유로 실패했습니다.

Nelson은 “이전 작업에서 얻은 공생 파트너십에 대한 지식을 적용하여 시아노박테리아와 유익한 박테리아를 모두 사용하는 바이오크러스트를 재배할 수 있는 미생물 종묘장을 개발할 수 있었습니다.”라고 말했습니다. "우리는 선구적인 시아노박테리아와 유익한 박테리아를 함께 황폐화된 지역에 뿌렸을 때 시아노박테리아만 뿌렸을 때보다 3배 더 빠르게 바이오크러스트로 발전했다는 사실을 발견했습니다."

현재 그는 기후 변화가 바이오크러스트의 기능에 미치는 영향에 대해 더 깊이 연구하고 있습니다.

“우리는 바이오크러스트 내의 미생물 상호작용이 바이오크러스트의 형성과 기능에 매우 중요하다는 것을 알고 있지만, 세계적인 변화가 이러한 상호작용에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 전혀 모릅니다.”라고 Nelson은 15년간의 데이터를 조사해 왔다고 덧붙였습니다. "나는 이 실험에서 바이오크러스트 미생물 군집이 이 기간 동안 어떻게 변화했는지 조사하고 이를 미래를 엿보는 데 사용하여 바이오크러스트 군집이 변화를 얼마나 잘 견딜 수 있는지 예측할 것입니다."

Reed 박사는 또한 바이오크러스트 성장에 대한 진전에 대해 기쁘게 생각합니다.

"바이오크러스트를 산불 발생 후 비행기에서 떨어뜨릴 수 있는 작은 살아있는 알갱이로 바꾸는 방법에 대한 연구가 진행 중입니다. 이는 씨앗을 전달하는 것과 같은 방식입니다."

“바이오크러스트를 산불 발생 후 비행기에서 떨어뜨릴 수 있는 작은 살아있는 알갱이로 바꾸는 방법에 대한 연구가 진행 중입니다. 이는 씨앗을 전달하는 것과 같은 방식입니다. 하늘에서 떨어지는 작은 바이오크러스트가 토양을 안정시키고 비옥도를 높이며 생태계 회복을 돕는 것을 생각하는 것은 재미있습니다.”라고 그녀는 말했습니다.

그녀는 손상된 토양에 광합성제를 뿌려 바이오크러스트가 토양을 제자리에 유지하도록 돕는 방법으로 바이오크러스트를 교란된 지역에 액체 형태로 추가할 수 있는 방법을 더 잘 이해하기 위한 연구가 진행 중이라고 덧붙였습니다.

Closeup of biocrust—Utah (US). ©Nationalparks/Wikimedia CC BY-SA 2.5

기후 변화에 맞서는 새로운 도구?

바이오크러스트가 토지에 제공하는 이점 외에도 기후 변화에 대처하는 데 도움이 되는 중추적인 역할을 할 수도 있습니다.

동료 미국 지질조사국 과학자인 Cara Lauria와 함께 그리고 미국 국립공원 관리청 및 북부 애리조나 대학교와 협력하여 Reed 박사는 현재 대기에서 제거되는 이산화탄소의 양을 정량화하기 위해 노력하고 있습니다.

"이 연구는 또한 미래 기후를 예측하기 위해 과학이 사용하는 수학적 모델에 바이오크러스트를 포함할 수 있다는 것을 의미하며 이는 흥미로운 연구 발전이 될 것입니다."

그녀는 "이 연구는 또한 미래 기후를 예측하기 위해 과학이 사용하는 수학적 모델에 바이오크러스트를 포함할 수 있다는 것을 의미하며 이는 흥미로운 연구 발전이 될 것"이라고 말했습니다.

데이터는 토지가 사용되는 방식이 바이오크러스트의 건강과 기능에 큰 영향을 미칠 수 있으며 바이오크러스트의 탄력성이 높다는 것을 보여줍니다.

Reed 박사는 “탄소 순환에서 바이오크러스트의 놀라운 역할에 대한 이해가 향상되면 이 모든 정보를 글로벌 맥락에 적용하는 데 도움이 됩니다.”라고 말했습니다.

앞으로의 과제

지역 물 순환과 생태계뿐만 아니라 더 넓은 기후 상황에서도 바이오크러스트와 그것이 수행하는 역할에 대한 이해가 증가하고 있음에도 불구하고 여전히 그것이 틈새 과학의 일부라는 믿음이 있습니다. Nelson에 따르면 빠른 해결 방법도 없습니다.

그는 “바이오크러스트에 대한 해로운 영향을 완화하는 데 있어 가장 큰 과제 중 하나는 현재로서는 쉬운 해결책이 없다는 것입니다… 바이오크러스트 복원을 위한 현재 솔루션은 비용이 많이 들고 시간 집약적이며 대규모로 달성하기 어렵습니다. ”

바이오크러스트를 재생하는 능력을 통해 인류는 여러 긴급한 환경 문제를 완화하기 위한 조치를 구현할 수 있습니다. 그러나 언젠가 주류가 되기를 희망하는 대부분의 초기 노력과 마찬가지로 자금 조달, 헌신 및 시간이 필요합니다.

*Mark Smith is a journalist and author from the UK. He has written on subjects ranging from business and technology to world affairs, history, and popular culture for the Guardian, BBC, Telegraph, and magazines in the United States, Europe, and Southeast Asia.