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동해 울릉분지 가스 하이드레이트 매장 지역의 메탄산화 미생물 군집 조성 및 분포
Microbial Community Composition Associated with Anaerobic Oxidation of Methane in Gas Hydrate-Bearing Sediments in the Ulleung Basin, East Sea 원문보기

바다 : 한국해양학회지 = The sea : the journal of the Korean society of oceanography, v.20 no.1, 2015년, pp.53 - 62  

조혜연 (한양대학교 해양융합과학과) ,  김성한 (한양대학교 해양융합과학과) ,  신경훈 (한양대학교 해양융합과학과) ,  박장준 (한국지질자원연구원 석유해저연구본부) ,  현정호 (한양대학교 해양융합과학과)

초록
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동해 울릉 분지메탄 하이드레이트가 매장된 지역에서 혐기적 메탄 산화와 연관된 미생물 군집 특성을 이해하기 위해 메탄 누출이 있는 대륙사면 정점(UBGH2-3)과 메탄 누출이 없는 분지 정점(UBGH2-10)에서, (1) 퇴적물의 지화학적 성분 및 황산염 환원율을 측정하였으며, (2) 기능성 유전자 분석을 통해 혐기적 메탄 산화 미생물 및 황산염 환원 미생물 군집의 정량 및 다양성 분석을 수행하여 그 결과를 비교하였다. 황산염-메탄 전이지대(sulfate and methane transition zone, SMTZ)는 UBGH2-3에서 0.5~1.5 mbsf (meters below seafloor), 그리고 UBGH2-10에서는 6~7 mbsf에 분포하는 것으로 나타났다. 두 지역의 SMTZ에서 측정된 황산염 환원율은 UBGH2-3의 1.15 mbsf에서 $1.82nmol\;cm^{-3}d^{-1}$으로 나타났고, UBGH2-10의 SMTZ에서 황산염 환원율은 $4.29nmol\;cm^{-3}d^{-1}$으로 높은 값을 보였다. 총 미생물 16S rRNA gene과 기능성 유전자인 mcrA (methyl coenzyme M reductase subunit A) 및 dsrA (dissimilatory sulfite reductase subunit A)의 정량 PCR 결과 두 정점의 SMTZ 부근에서 상대적으로 높게 검출되었다. 그러나 UBGH2-10지역에서 mcrA 유전자는 SMTZ 아래인 9.8 bmsf에서 가장 높게 검출되었다. mcrA 유전자의 다양성 분석 결과 두 지역의 SMTZ와 그 아래 퇴적층에서 혐기성 메탄산화 고세균(ANME: Anaerobic MEthanothoph) 군집인 ANME-1이 우점하였다. 한편, ANME-2 군집은 메탄 누출이 발생하는 UBGH2-3지역의 2.2 mbsf 층에서만 관찰되었고, 더불어 dsr 유전자 다양성 분석 결과 ANME-2와 컨소시엄을 이루는 Desulfosarcina-Desulfococcus (DSS) 이 나타났다. 본 연구 결과, ANME-1과 ANME-2은 동해 심부 퇴적 환경에서 혐기적 메탄 산화 및 생성 과정에 관여하는 중요한 고세균 군집으로 사료되며, 또한 ANME-2/DSS 컨소시엄은 메탄이 누출되는 지역인 UBGH2-3과 같이 혐기적 메탄 산화가 활발한 곳에서 메탄 거동을 조절하는 중요한 미생물 그룹으로 인식된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

To elucidate the microbial consortia responsible for the anaerobic methane oxidation in the methane hydrate bearing sediments, we compared the geochemical constituents of the sediment, the rate of sulfate reduction, and microbial biomass and diversity using an analysis of functional genes associated...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 동해 울릉분지 내 UBGH2 (Gas Hydrate Drilling Expedition in the Ulleung Basin) 탐사가 이루어졌던 정점들 중 침니(chimney)가 형성되어 있는 대륙사면에 위치한 정점(UBGH2-3)과 울릉분지 중앙부에 위치한 정점들 중 침니가 관찰되지 않은 정점 (UBGH2-10)에서 메탄의 거동을 결정짓는 황산염-메탄 전이지대를 중심으로 (1) 정량 PCR을 통해 총 미생물 개체수를 정량화하고, (2) 혐기적 메탄 산화 미생물과 황산염 환원 미생물 군집을 기능성 유전자의 정량화 및 다양성 분석을 통해, 서로 다른 지화학적 특징을 지닌 두 지역의 SMTZ에서 메탄 거동을 결정 짓는 미생물 군집 구조 특징을 비교 하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
울릉분지 내에서 가스 하이드레이트 부존 지역 탐사는 침니의 유무에 따라 어떤 특징을 보이는가? 조사지역들은 크게 침니 (chimney)의 유무에 따라 두 그룹으로 나눌 수 있다. 침니가 분포하는 지역은 비교적 얕은 깊이의 해저면에 매장되어 있는 거대한 양의 메탄 하이드레이트에 의해 메탄 가스의 누출이 있는 곳으로, 울릉분지 내 침니가 분포하는 지역들은 SMTZ가 3 mbsf 이내의 비교적 얕은 깊이에서 존재한다. 한편, 침니가 없는 지역에서는 6~7 mbsf에서 SMTZ가 나타났다(KIGAM, 2011; Hong et al., 2014).
가스 하이드레이트는 무엇인가? 가스 하이드레이트는 저온·고압 조건하에서 물과 가스가 결합하여 형성된 얼음과 같은 고체상의 물질로 영구 동토 지역이나 해양 퇴적물에 널리 분포한다. 특히, 해양 퇴적물 내에 존재하는 가스 하이드레이트의 대부분은 대륙 주변부의 대륙 사면을 따라 존재한다 (Kvenvolden, 1988; 1999).
AOM 작용은 무엇에 의해 일어나는가? , 2005). 해저면으로부터 공급되는 메탄의 대부분을 산화하여 대기 중으로 방출되는 양을 억제하여 온실가스의 순환을 조절하는 AOM 작용은(Reeburgh, 1996) 메탄을 탄소원으로 이용하는 메탄영양 고세균(ANME: ANaerobic MEthanotroph)에 의해 일어나며, 특히 이들 ANME 군집의 일부는 황산염 환원 세균 (SRB: Sulfate-Reducing Bacteria)과 공생관계를 형성하기 때문에 (Hoehler et al., 1994; Hoehler and Alperin, 1996; Boetius et al.
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