인간을 포함한 동물은 광합성에서 산소를 품는 식물이나 미생물도 산소를 들이마시고 이산화탄소를 내뿜는 호흡을 하며 살고 있다. 이처럼 지구상에서 살아 숨쉬는 생활을 지탱해주는 산소가 지금처럼 풍부하게 된 건 지구 자전이 느려진 덕분이라는 연구 결과를 학술지 네이처에 게재했다.
지구 대기권에 대량 산소가 존재하는 건 지금으로부터 24억 년 전 조류가 광합성으로 산소를 만들어낸 큰 산화 이벤트에 의한 것이라고 한다. 하지만 35억 년 전 첫 광합성 미생물이 탄생하고 있던 게 화석 발굴에 의해 밝혀지고 있기 때문에 초기 조류가 탄생하고 나서 큰 산화 이벤트까지 10억 년간 지연이 있던 건 도대체 왜 그럴까.
이 문제를 고민해온 막스플랑크해양미생물연구소 측은 우연한 발견에서 큰 산화 이벤트와 지구 자전 속도가 크게 바뀐 시기가 거의 동일하다는 점을 깨달았다. 지구 탄생 직후에는 6시간 밖에 없던 지구의 하루는 달 인력에 의해 감속, 지금으로부터 24억 년 전 21시간이 됐다. 그리고 첫 큰 산화 이벤트 GOE가 일어난 것도 바로 이 무렵이다. 또 지금부터 5억 년 전 지구와 달 궤도 균형이 무너져 하루 길이가 24시간이 된 것과 같은 시기에 신원생대 산화 이벤트 NOE와 고생대 산화 이벤트 POE가 발생했다.
이런 산소와 지구 자전 속도 관계를 확인하기 위해 연구팀은 세계에서 가장 큰 담수호 중 하나인 휴런호수에 서식하는 발테리아를 채취해 실험을 실시했다. 휴런 호수는 박테리아가 광합성을 하는 여울이 확산되고 있는 반면 호수 바닥에서 산소가 적은 물과 유황가스가 솟아 있고 태고 지구 바다와 같은 무산소 상태가 유지되고 있다.
연구팀은 휴런 호수 박테리아에 빛을 발산하는 길이를 바꿔 일조 시간 변화를 재현하는 실험을 실시한 결과 일조 시간이 길수록 광합성이 활발하게 이뤄지고 있는 걸 확인했다. 또 라이프니츠열대해양연구센터와 함께 박테리아가 만들어내는 산소와 소비하는 산소가 일조 시간에 따라 어떻게 변하는지 모델을 구축하고 시뮬레이션을 수행했는데 실험 실내 박테리아가 광합성을 통해 만들어내는 산소 가스량과 일치하는 결과가 됐다고 한다.
하루가 길어지는 것으로 대기 중 방출되는 산소량이 증가하는 매커니즘에 대해 연구팀은 박테리아가 만들어낸 산소는 미생물 매트에 녹아들어 밤이 되면 박테리아 호흡에 의해 소비된다. 하지만 지구 자전이 느려져 하루 시간이 늘어나면서 박테리아가 광합성을 계속 하는 시간이 늘어 미생물 매트에서 넘치는 산소가 물속에 녹아있게 됐다며 그리고 이 산소가 결국 대기 중으로 방출됐다고 설명하고 있다.
지구 산소량은 이번에 발견한 매커니즘 이외에도 다양한 요인이 관여하고 있다고 생각되고 있다. 예를 들어 한 전문가에따르면 암면 미생물 매트에 서식하는 박테리아 뿐 아니라 물속을 부유하는 박테리아도 산소 공급에 큰 역할을 했다는 것. 또 화산 활동에 의해 지표에 나타난 광물이 산소와 결합해 초기 박테리아에 의한 산소 공급을 상쇄하고 있었다고 지적하는 연구도 있다.
따라서 연구팀은 논문에서 지구와 달 사이 역학, 생물 진화의 중요한 전환점에서 산소 수준에 큰 영향을 줬을 가능성이 있다며 이 영향은 지금까지 제안된 다양한 매커니즘과 병행해 작용하고 있었다고 결론을 내렸다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.