해양 플라스틱을 분해하는 곰팡이

 (nioz.nl)
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  • 해양 곰팡이 Parengyodontium album은 햇빛의 UV를 거친 뒤에야 바다 플라스틱 중 가장 흔한 폴리에틸렌(PE) 입자를 분해할 수 있음
  • NIOZ, Utrecht University, Ocean Cleanup Foundation 연구진은 북태평양 플라스틱 오염 지점에서 미생물을 찾고, 13C 동위원소가 들어간 특수 플라스틱으로 분해 과정을 추적함
  • 실험실에서 확인된 P. album의 PE 분해 속도는 하루 약 0.05% 였고, PE에서 나온 탄소 대부분은 곰팡이 몸에 쓰이지 않고 CO2로 전환돼 배출됨
  • UV에 잠시라도 노출된 PE만 분해할 수 있어, 바다에서는 처음에 표층 근처에 떠 있던 플라스틱 처리에 주로 한정됨
  • 인류는 매년 4,000억 kg 이상의 플라스틱을 생산하고 2060년까지 최소 3배 증가할 것으로 예상돼, 더 깊은 바다에서 작동하는 다른 해양 곰팡이를 찾는 일이 중요해짐

UV를 거친 PE를 분해하는 해양 곰팡이

  • 해양 곰팡이 Parengyodontium album은 바다 플라스틱 쓰레기 표면에 생기는 얇은 층에서 다른 해양 미생물과 함께 살아감
  • NIOZ 해양미생물학자들은 이 곰팡이가 바다에 유입된 플라스틱 중 가장 풍부한 폴리에틸렌(PE) 입자를 분해할 수 있음을 확인함
  • 연구 결과는 과학 저널 Science of the Total Environment에 게재됨
  • P. album은 지금까지 확인된 플라스틱 분해 해양 곰팡이 목록에 포함됨
    • 현재까지 발견된 플라스틱 분해 해양 곰팡이는 4종뿐임
    • 플라스틱을 분해할 수 있는 박테리아는 더 많이 알려져 있었음

분해 과정을 추적한 방법

  • 연구진은 북태평양의 플라스틱 오염 집중 지역에서 플라스틱 분해 미생물을 찾음
  • 수거한 플라스틱 쓰레기에서 해양 곰팡이를 분리한 뒤, 실험실에서 표지 탄소가 들어간 특수 플라스틱 위에 배양함
  • 13C 동위원소는 먹이사슬 안에서 추적할 수 있어, 플라스틱 탄소가 분해 산물로 어디로 이동하는지 확인하는 데 쓰임
  • 이 방식으로 PE 분해 과정을 정량화할 수 있었음

실험실에서 확인된 분해 속도와 산물

  • 실험실 관찰에서 P. album의 PE 분해 속도는 하루 약 0.05% 였음
  • 측정 결과, 곰팡이는 PE를 분해하면서 PE에서 나온 탄소를 많이 사용하지 않음
  • 분해된 PE 탄소 대부분은 이산화탄소(CO2) 로 전환돼 다시 배출됨
  • 이 CO2 배출량은 사람이 호흡할 때 배출하는 낮은 양과 같아, 새로운 문제를 만들 수준은 아닌 것으로 평가됨

UV가 필요한 조건

  • P. album이 PE를 에너지원으로 쓰려면 햇빛이 필수임
  • 실험실에서 P. album은 최소한 짧은 시간이라도 UV 빛에 노출된 PE만 분해함
  • 바다에서는 처음에 표층 근처에 떠 있던 플라스틱만 이 곰팡이의 분해 대상이 될 수 있음
  • UV 빛이 플라스틱을 기계적으로 분해한다는 점은 이미 알려져 있었고, 이번 결과는 UV가 해양 곰팡이에 의한 생물학적 분해도 촉진한다는 점을 보여줌

더 깊은 바다의 미확인 곰팡이

  • 많은 플라스틱은 햇빛에 노출되기 전에 더 깊은 층으로 가라앉기 때문에, P. album이 모든 플라스틱을 분해할 수는 없음
  • Annika Vaksmaa는 더 깊은 바다에도 플라스틱을 분해하는 아직 알려지지 않은 곰팡이가 있을 것으로 봄
  • 해양 곰팡이는 탄소로 된 복잡한 물질을 분해할 수 있고, 종류도 많음
  • 지금까지 확인된 4종 외에 다른 종들도 플라스틱 분해에 기여할 가능성이 있음
  • 더 깊은 층에서 플라스틱 분해가 어떤 동역학으로 일어나는지는 아직 많은 질문이 남아 있음

플라스틱 오염 규모

  • 인류는 매년 4,000억 kg 이상의 플라스틱을 생산함
  • 플라스틱 생산량은 2060년까지 최소 3배가 될 것으로 예상됨
  • 많은 플라스틱 폐기물은 바다로 들어가며, 극지방부터 열대까지 표층수에 떠다니다 더 깊은 바다로 이동한 뒤 해저로 떨어짐
  • 아열대 환류(subtropical gyres)는 바닷물이 거의 정체된 고리 모양 해류라, 한 번 플라스틱이 들어가면 갇히게 됨
  • 전 세계 6개 대형 환류 중 하나인 북태평양 아열대 환류에만 이미 약 8,000만 kg의 부유 플라스틱이 축적돼 있음

관련 논문

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GN⁺   [-]
Hacker News 의견들

  • 육상 시료에서 해당 곰팡이 Parengyodontium album을 실제로 분리하고 염기서열까지 분석해 봤음
    사진과 DNA는 여기서 볼 수 있음:
    https://www.inaturalist.org/observations/147456216
    https://www.inaturalist.org/observations/150149352

  • 이 곰팡이가 폴리에틸렌을 분해한다면, 부산물을 열병합 발전소 연료로 쓰는 2차 활용도 가능할지 모름
    하지만 수생 환경의 미세플라스틱 중 큰 비중은 자동차 타이어 마모에서 오므로, 더 많고 다양한 곰팡이가 필요함
    sciencenews
    theconversation
    springeropen

    • 자동차 타이어 쪽 비중은 말도 안 될 정도로 큼
      스위스에서는 환경으로 배출되는 미세플라스틱의 약 90%가 타이어 마모에서 나온다고 추정됨: https://www.admin.ch/gov/en/start/documentation/media-releases.msg-id-100009.html
      가정적으로 자동차를 급진적으로 금지하면 경관 단절, 공공 공간 점유, 사고와 위험, 인간·동물 피해, 공공 비용, 소음과 미세먼지뿐 아니라 미세플라스틱 배출도 10:1 수준으로 줄일 수 있음
    • 타이어 트레드가 씻겨 내려가 수로로 들어가는 규모는 엄청나 보임
      대략 계산하면 매년 타이어가 2천만 톤 생산되고, 그중 1%가 마모된 트레드나 운전자에 따라 사이드월로 사라진다면 매년 20만 톤의 타이어 입자가 환경에 흩뿌려지는 셈임
    • 옷에서 나오는 폴리에스터도 있음
      Patagonia가 재활용 폴리에스터로 바꾸면서 그걸 더 환경적이라고 여기는 게 뭘 하겠다는 건지 모르겠음
    • 다른 선택지가 있는 곳에서는 개인 이동수단으로 자동차 사용을 멈추는 방법도 있음

  • 몸에 미세플라스틱 축적이 일어난다면 천연 생체고분자도 같은 문제가 있을지 궁금함
    우리는 셀룰로스를 분해하지 못하는데, 몸속 미세 셀룰로스는 어떻게 되는지, 더 분해되기 어려운 리그닌은 어떤지도 의문임
    식물성 미세섬유가 플라스틱이나 석면 섬유처럼 시간이 지나며 몸에 쌓이는지, 나이가 들면 이런 물질로 가득 차게 되는지도 궁금함
    과거 제빵사가 치명적인 직업 중 하나였던 건 밀가루 먼지를 많이 흡입했기 때문임
    곰팡이가 리그닌을 분해하는 방식은 난분해성 유기물을 처리하려면 생물이 얼마나 극단적인 수단을 써야 하는지 보여줌. 과산화수소와 매우 산화성이 강한 하이드록실 라디칼까지 포함한 효소·화합물 묶음을 세포 밖으로 내보내므로, 곰팡이가 플라스틱도 어느 정도 공격할 수 있다는 건 놀랍지 않음

    • 큰 분자가 혈류로 들어가지 못하게 하는 방어 체계가 많아서, 그런 고분자가 혈류로 들어오기 시작한다면 더 큰 문제가 이미 생긴 것임
      미세플라스틱은 화학적으로 매우 비활성이어서 특수한 경우지만, 그래도 신장에서 걸러짐. 셀룰로스나 리그닌도 마찬가지일 가능성이 큼
      솔직히 일부 미세플라스틱 논문을 읽고 나면 상당수가 허술하다는 의심이 듦. 현대 실험실에는 플라스틱이 어디에나 있고, 적절한 대조군을 둔 논문은 드묾. 페트리 접시, 피펫, 마이크로플레이트 등 모든 것이 플라스틱이고 플라스틱 포장에 들어 있으며, 플라스틱 도구로 세척되고, 합성섬유를 잔뜩 입은 사람이 다룸
      유전자 시퀀서가 처음 보급됐을 때도 같은 혼란을 겪었고, 결국 DNA 오염이 어디에나 있으니 시료 채취와 통계 방법을 매우 조심해야 한다는 걸 받아들이게 됨
      폐를 자극할 만큼 작은 물질은 직업적 노출 수준에서는 비슷한 효과를 내며, 규폐증처럼 더 나쁜 경우도 있음. 산업화 이전 농업 노동자와 광부도 먼지 흡입으로 진폐증을 자주 겪었음
    • 나무 먼지도 폐섬유증을 일으킬 수 있음: https://www.mayoclinic.org/diseases-conditions/pulmonary-fibrosis/symptoms-causes/syc-20353690
    • 사람이 먹을 수 있으면서 원치 않는 섬유와 미세플라스틱을 분해하는 곰팡이가 있을지 궁금함
    • 미세플라스틱 농도는 폐에서 가장 높지만 혈액에서도 발견됨
      폐, 혈액, 또는 몸 전체에서 얼마나 오래 남는지는 아직 모르는 것으로 알고 있음
      미세플라스틱이 워낙 흔하고 내분비 교란 특성이 있으므로, 자폐 유병률 증가의 일부는 태아기 미세플라스틱 노출과 관련 있을 수 있다고 강하게 의심함. 그 시기에는 안드로겐 노출의 시점과 용량 효과가 장기적인 발달 프로그램을 설정할 수 있음
      제빵사 얘기는 몰랐는데 꽤 흥미로움

  • 이런 뉴스를 꽤 오래 들어왔음
    곰팡이가 플라스틱을 분해하고, 벌레가 플라스틱을 먹는다는데 정작 플라스틱에는 아무 일도 안 일어나는 것처럼 보임. 왜 그런 걸까

    • 플라스틱을 먹는 생물은 플라스틱 농도가 극도로 높고 먹을 게 거의 없는 환경에서 진화함
      다른 먹이가 생기면 다시 다른 걸 먹는 쪽으로 진화함
      먹을 게 전혀 없으면 사람도 플라스틱을 시도해 볼 수 있고, 기적적으로 플라스틱을 분해하는 선택받은 존재일 수도 있겠지만, 가능하면 바로 정상적인 음식으로 돌아갈 것임
    • 플라스틱을 먹는 미생물 중 다수는 아주 특정한 조건이 필요함
      잘게 분쇄된 재료, 55°C 이상 고온, 엄격히 제어된 pH 같은 조건임
      이런 환경은 보통 생물반응기 밖에서는 생기지 않으므로, 집 안의 아무 플라스틱이나 공격하는 모습을 보긴 어려움
    • 그러면 또 다른 질문이 생김. 그 곰팡이는 무엇이 분해하나
      진지한 질문임. 이 곰팡이가 모든 플라스틱을 먹는다면 바다에 엄청난 양의 새 생명이 생기고 생태계에 미칠 영향은 알 수 없음. 문제 하나를 다른 문제로 바꾸는 셈일 수 있음

  • 꼭 좋은 소식만은 아님
    우리가 사는 플라스틱의 황금기 덕분에 미생물이 침투하지 못하는 식품 포장이 가능해졌고, 그 결과 일부 농산물의 유통기한이 반 주 수준에서 여러 주로 늘어났음
    앞으로 100년 동안 이런 미생물이 더 많아지면 식품 포장에 문제가 생길 수 있음
    플라스틱은 본질적으로 원유의 여러 단계 “생명 과정”이라고도 볼 수 있음. 난방유를 집에서 바로 태우는 대신 플라스틱이 먼저 포장재로 한 번 살고, 이후 소각되어 지역난방에 열을 제공하는 식임
    물론 문제는 태워지지 않고 물속으로 들어갈 때 생김

    • 부엌이 침수된 게 아니라면, 플라스틱 식품 포장은 보통 대부분의 곰팡이와 미생물이 자라는 데 필요한 따뜻하고 습한 환경을 만나지 않음
      살균되어 있거나 영양분이 부족한 포장 내부도 해당하지 않음
      먼저 영향을 받을 가능성이 큰 건 어망, 밧줄, 수영복, 부표 같은 해양 플라스틱 용도임. 그다음은 배수 펌프, 농업용 관개 장비 같은 기반시설과 일반 야외 용도일 것임
    • 물에 들어가지 않고 태워지느냐는 전적으로 폐기물 관리 문제임
      EU가 금지한 플라스틱 빨대는 애초에 바다에 들어가지 않았을 가능성이 큼
      반면 EU 밖에서는 플라스틱이 트럭째 강에 버려짐
    • 지역난방 열로 쓰기 위해 소각하는 게 어떻게 이상적일 수 있나
      대기 중 CO2를 더 늘리는 일인데
    • 석유가 석유 기반 고체로 지구 곳곳에 흩어지는 것보다는 CO2로 흩어지는 편이 지구에 덜 해롭다고 봄
      둘 다 나쁘긴 함. 원래 만나지 말아야 할 층들을 섞으면 안 됨
    • 그러면 포장재를 나노다이아몬드 필름으로 만들면 됨. 자, 곰팡이야 먹어봐라
      100년 뒤 지구의 마지막 생명체가 나노다이아몬드 필름 아래에서 질식해 죽는 결말이 올지도 모름

  • 훌륭한 발견이긴 하지만, 플라스틱 제조사들이 “어차피 곰팡이가 유기적으로 분해하니 플라스틱은 해롭지 않다”는 식으로 더 많은 플라스틱 생산의 핑계로 악용할까 걱정됨

    • 장기적으로는 더 걱정됨
      생물들이 플라스틱 분해에 더 능숙해지면 제조사들이 조기 분해를 막으려고 유해 화학물질을 플라스틱에 넣기 시작할 것임
    • 효율적인 공정이 아니라면 그 우려가 맞음
      하지만 플라스틱을 아주 효율적으로 청소하고 분해하는 방법이 발견된다면 제조사들도 실제로 할 말이 생김. 그런 경우라면 비교적 안전하게 폐기할 수 있다는 확신 아래 편의성을 누릴 수 있으니, 그걸 꼭 “악용”이라고 부르긴 어려움
    • 지금 플라스틱 제조사들이 어떤 식으로든 생산을 제한하고 있다는 느낌이 드나
    • 제번스 역설: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Jevons_paradox
    • 바다를 넘어 퍼져서 팬데믹 규모의 피해를 일으킬 가능성이 더 걱정됨
      다행히 느린 것 같긴 함. 비슷한 주제의 디스토피아 SF도 이미 있음

  • “P. album에 의한 PE 분해가 하루 약 0.05% 속도로 일어난다”면, 전 세계 플라스틱이 부드러워지고 부스러지기 시작하는 속도는 어느 정도일까

    • 전 세계 플라스틱을 83억 톤, 분해율을 하루 0.05%로 놓고 단순 계산하면 모든 플라스틱을 분해하는 데 약 5.48년이 걸린다는 결과가 나옴

  • 세균과 곰팡이가 모든 플라스틱을 CO2로 분해한다고 상상해 봄
    환경에 그대로 남는 플라스틱과 플라스틱은 줄지만 CO2가 늘어나는 것 중 무엇이 덜 나쁜지 모르겠음

    • 우리가 아직도 계속 대기에 추가하는 CO2 양과 비교하면, 바다의 모든 플라스틱에서 나오는 CO2는 미미할 것 같음
      대략 숫자를 찾아보니 매년 약 800만 톤의 플라스틱이 바다로 들어감. 플라스틱 1단위를 태우면 CO2 3단위가 나오므로, 그 전부가 곰팡이로 분해되거나 소각된다면 CO2 약 2,400만 톤임. 반면 화석연료 연소로 매년 약 350억 톤의 CO2를 배출함
    • 대기에 바로 방출하지 않으면 됨. CO2에는 산업적 용도가 있음
      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435117300223

  • 이런 이야기를 자주 듣는 느낌임
    바다 플라스틱을 계속 생산해도 된다는 핑계로 잘못 해석될 수 있어서 과도하게 보도되는 것 같기도 함

    • 이런 뉴스 때문에 바다 플라스틱을 줄이려는 법안이나 지역사회 노력이 중단됐다는 사례도 같이 듣나? 나는 못 들었음

  • 화학영양생물, 특히 화학무기영양세균은 초고온 심해 열수구 근처에서 번성함
    이들은 철, 황, 그리고 우리가 독성이나 불변으로 여기는 다양한 원소와 화합물을 소비하고 산화할 수 있음. 그 대가로 관벌레가 먹는 일종의 당을 만들어냄
    앞으로의 플라스틱 생물학적 완화 연구도 이런 식의 에너지 전환과 생산에 초점을 맞추면 좋겠음. “완전히 없앤다”는 불가능한 제로섬 결과를 생각하기보다, 플라스틱을 새롭고 소비 가능한 무언가로 바꿔 에너지원으로 쓰는 편이 더 미래지향적임
    이 문제를 풀려면 관벌레처럼 생각해야 함
    https://en.wikipedia.org/wiki/Chemotroph

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