스트로마톨라이트

단세포 광합성 미생물(photosynthetic microbe)인 남세균(cyanobacteria)의 성장으로 생성된 층을 이룬 퇴적구조물을 말한다. 화석화된 스트로마톨라이트는 약 37억년 전의 것으로 여겨지며, 지구상에 고대 생명체가 존재했다는 것을 증명한다.

Stromatolites fossil (출처: GettyImages-128631422)

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원시 지구의 대기환경에서는 공기 중 산소의 양이 충분치 않았지만, 점진적으로 독립영양생물(autotroph)이 생기면서 대기와 바다에 풍부한 이산화탄소와 물을 이용해 광합성을 할 수 있는 남세균(cyanobacteria)이 번식하면서 대기 중에 산소를 공급하게 되었다. 이러한 환경의 변화에서 살아남은 남세균들이 약 37억년 전 이후의 선캄브리아대(지구 탄생~5억 4200만년 전)에 스트로마톨라이트라는 원시 미생물의 흔적을 남긴 것으로 추정된다¹⁾. 그러나 생물계가 진화함에 따라 남세균의 수가 점차적으로 감소하면서 캄브리아기(5억 4200만년 전~4억 8800만년 전) 이후로 스트로마톨라이트의 수는 급격하게 감소하였다.

스트로마톨라이트는 남세균(cyanobacteria) 문에 속하는 미생물에 의하여 생성되는 생물막(biofilm)에 물에 떠다니는 가는 모래입자들이 포획되어 층층이 쌓여진 얕은 물에서 형성된 생물기원의 퇴적구조로서, 퇴적물의 환경에 따라 기둥 모양, 돔 모양, 원뿔 모양, 판상 모양 등의 다양한 형태로 나타난다. 스트로마톨라이트는 선캄브리아기 시대의 화석기록으로 널리 알려져 있으나 오늘날에는 매우 드물다. 화석화된 미생물을 함유한 스트로마톨라이트는 거의 없으며, 스트로마톨라이트의 발견은 아주 오래 전 고대시대에 생물학적 활동이 있었음을 암시한다.

호주 서부 샤크만(Shark Bay)의 Stromatolites (출처: GettyImages-904281748)

스트로마톨라이트의 형성은 남세균의 표면에 형성되는 생물막으로 지칭되는 점질층에 물 속의 부유물이 달라붙어 생성된 것이다. 이 세균의 표면은 다당류를 비롯한 다양한 점성물질로 이루어진 층으로 둘러싸여 있으며, 물 속에 떠다니는 모래나 진흙의 미립자 등과 같은 여러 부유물이 남세균의 점성물질에 달라붙어 고정된다. 그 결과 표면이 암석 모양의 물질로 덮이는 것이다. 또한 이러한 남세균의 광합성 작용에 의하여 이산화탄소가 흡수되면 물속에서 탄산염의 상태로 변화하고 탄산칼슘이 결정이 되어 표면에 달라붙어 남세균이 탄산칼슘과 결합하게 되고, 이렇게 형성된 남세균은 빛을 이용한 광합성을 수행하는 성질이 있어서, 퇴적층보다 언제나 위쪽에 존재하게 된다. 이러한 과정으로 인하여 광합성 활동이 활발한 낮과 그렇지 않은 밤이 되풀이됨으로써 층 모양의 무늬가 생기게 된다. 이 줄무늬는 계절에 의한 태양의 기울기 차이나 낮과 밤의 길이 차이를 반영하여, 마치 나무의 나이테와 같은 형태를 띠게 된다. 스트로마톨라이트의 생성속도는 매우 느리며 약 100여 년에 걸쳐서 수 cm 밖에 생장하지 않는다. 따라서 현재 볼 수 있는 지름 50∼100 cm의 크기의 스트로마톨라이트는 천여 년 이상의 세월동안 형성된 것으로 유추할 수 있다.

오늘날 오스트레일리아 서부의 샤크만(Shark Bay)에 있는 하멜린 풀 해양자연보호구역(Hamelin Pool Marine Nature Reserve)에서 스트로마톨라이트 표본의 모습을 볼 수 있다. 바하마 제도의 엑스마 케이(Exuma Kays)에서도 볼 수 있다²⁾. 우리나라 서해의 옹진 소청도에 노출된 선캄브리아기 지층에도 약 10억 년 전 활발했던 남세균의 활동을 보존하고 있는 스트로마톨라이트가 남아있다³⁾.

남세균(cyanobacteria), 독립영양생물(autotroph), 광합성, 생물막(biofilm), 광합성 미생물(photosynthetic microbe)

차재호/부산대학교

석영재/서울대학교

1. Nutman, A.P., Bennett, V.C., Friend, C.R., Van Kranendonk, M.J., and Chivas, A.R. 2016. Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures. Nature 537, 535–538. 
2. Feldmann, M. and McKenzie, J.A. 1998. Stromatolite-thrombolite associations in a modern environment, Lee Stocking Island, Bahamas. PALAIOS 13, 201–212.
3. 문화재청고시제2009-103호,《국가지정문화재(천연기념물)의 지정 및 지형도면 등의 고시》, 문화재청장, 대한민국 관보 제17128호, 120면, 2009-11-10