마리아나해구의 미생물은 무엇을 먹고 살아갈까?

마리아나해구를 생각하면 보통 가장 먼저 떠오르는 것은 엄청난 수심과 어둠입니다.

그런데 눈에 잘 보이지 않는 또 하나의 생명 세계가 있습니다.

바로 미생물입니다.

마리아나해구의 해저 퇴적물에는 박테리아와 고세균을 비롯한 다양한 미생물이 존재합니다.

문제는 이곳에 우리가 흔히 생각하는 것처럼 풍부한 먹이가 계속 공급되는 환경이 아니라는 것입니다.

그렇다면 한 가지 궁금증이 생깁니다.

빛도 없고 육지에서 멀리 떨어진 마리아나해구의 바닥에서 미생물은 도대체 무엇을 먹고 살아갈까요?

결론부터 말하면 미생물에게 필요한 에너지원은 하나가 아닙니다.

바다 표층에서 천천히 가라앉는 유기물부터 해저 퇴적물 속에 묻힌 물질, 물에 녹아 있는 유기탄소, 그리고 특정 미생물이 이용할 수 있는 무기 화합물까지 다양한 물질이 에너지원 또는 탄소원으로 이용될 수 있습니다.

즉, 마리아나해구의 미생물 세계를 이해하려면 단순히 “무엇을 먹는가?”라는 질문보다 “어디에서 탄소와 에너지를 얻는가?”라고 질문하는 것이 더 정확합니다.

미생물에게도 ‘먹이’가 필요하다

동물은 먹이를 찾아 이동하지만 미생물은 훨씬 작은 규모에서 주변에 존재하는 물질을 이용합니다.

미생물이 성장하려면 탄소와 질소, 인 등의 물질이 필요하고, 에너지를 얻기 위한 화학적 반응도 필요합니다.

바다 표면에서는 햇빛을 이용해 식물플랑크톤이 유기물을 만들어냅니다.

이 유기물의 일부는 죽은 생물의 잔해나 배설물, 작은 입자 형태로 바뀌어 바닷속으로 내려갑니다.

이러한 물질들이 심해까지 도달하면 해저 미생물이 이용할 수 있는 중요한 유기물 공급원이 됩니다.

특히 마리아나해구의 해저 퇴적물에서는 유기물의 축적과 미생물 활동이 예상보다 활발할 수 있다는 연구 결과가 보고되어 왔습니다.

챌린저 해연의 퇴적물을 조사한 연구에서는 인근 약 6,000m 깊이의 해저보다 미생물 세포 농도와 산소 소비에 의한 생물학적 활동이 높은 것으로 관찰됐습니다. 연구진은 해구에 유기물이 상대적으로 많이 퇴적되는 현상이 이러한 미생물 활동을 뒷받침한다고 해석했습니다.

첫 번째 먹이는 바다 표면에서 내려온 유기물

마리아나해구의 미생물이 이용할 수 있는 물질 가운데 중요한 것이 표층에서 내려온 유기물입니다.

바다 표면에서는 식물플랑크톤을 비롯한 생물이 끊임없이 생산되고 죽습니다.

죽은 생물의 잔해나 배설물, 유기물 입자 등이 바닷속으로 가라앉으면서 이른바 ‘해양 눈(marine snow)’과 같은 입자성 물질을 형성할 수 있습니다.

이 물질 가운데 일부가 깊은 바다까지 내려가면 해저 미생물에게 탄소원이 될 수 있습니다.

마리아나해구의 경우에도 표층에서 내려오는 유기물이 중요한 공급원 가운데 하나로 연구되고 있습니다.

특히 해구는 주변보다 지형적으로 움푹 파여 있기 때문에 입자와 퇴적물이 해구 축 방향으로 이동하고 쌓일 수 있습니다.

이런 현상은 단순히 진흙이 쌓이는 문제에 그치지 않습니다.

유기물이 함께 이동한다면 미생물에게 필요한 먹이도 함께 모일 수 있기 때문입니다.

해구는 거대한 ‘퇴적물 저장소’가 될 수 있다

마리아나해구 바닥에 쌓이는 퇴적물에는 다양한 유기물 성분이 포함될 수 있습니다.

최근 연구에서는 하달 해구가 유기탄소가 축적되고 순환하는 중요한 장소가 될 수 있다는 사실이 밝혀지고 있습니다.

특히 지형과 해저 흐름, 퇴적 과정 등이 유기물의 이동과 분포에 영향을 미칩니다.

마리아나해구의 퇴적물을 분석한 연구에서는 퇴적물 속 유기탄소가 미생물에 의해 이용되고 있다는 증거가 확인됐습니다.

2022년 Frontiers in Microbiology에 발표된 연구에서는 마리아나해구 표층 퇴적물의 미생물 군집을 분석한 결과, 미생물이 다양한 탄소원을 이용할 수 있는 대사 능력을 가지고 있는 것으로 나타났습니다.

실험에서는 고분자 물질과 탄수화물이 우선적으로 이용됐고, 그 다음으로 아미노산과 카복실산 등이 이용되는 양상이 관찰됐습니다.

물론 실험실에서 특정 물질을 제공했을 때의 결과를 자연환경에서 미생물이 실제로 먹는 양과 완전히 동일하게 볼 수는 없습니다.

하지만 이 결과는 마리아나해구의 미생물들이 한 종류의 먹이에만 의존하는 것이 아니라 주변에서 이용할 수 있는 여러 유기물에 대응할 수 있는 대사 능력을 가지고 있음을 보여주는 중요한 단서입니다.

그렇다면 미생물은 바닥에 쌓인 무엇을 이용할까?

미생물이 이용할 수 있는 유기물은 매우 다양합니다.

대표적으로 탄수화물과 단백질을 구성하는 물질, 각종 유기산, 복잡한 고분자 유기물 등이 있습니다.

미생물은 이러한 물질을 분해하면서 탄소를 세포 구성 물질로 이용하거나 대사 과정에서 에너지를 얻습니다.

문제는 해저 깊숙이 내려갈수록 쉽게 분해되는 유기물이 점점 줄어든다는 것입니다.

따라서 깊은 퇴적층에 사는 미생물에게는 상대적으로 분해하기 어려운 유기물까지 이용할 수 있는 능력이 중요할 수 있습니다.

실제로 하달대 미생물 군집 연구에서는 깊은 퇴적층으로 갈수록 난분해성 유기물을 분해하는 능력이 있는 미생물들이 나타나는 것으로 보고되고 있습니다.

이는 미생물에게 중요한 생존 전략 가운데 하나가 될 수 있습니다.

미생물에게 ‘고기’가 꼭 필요한 것은 아니다

심해 생물을 설명하는 글에서는 종종 죽은 물고기나 동물 사체가 해저로 떨어지는 장면을 이야기합니다.

실제로 이런 카커스 폴(carcass fall)은 심해 생태계에서 중요한 유기물 공급원이 될 수 있습니다.

하지만 미생물 전체를 생각하면 이것만으로 설명하기에는 부족합니다.

마리아나해구의 미생물은 동물 사체만 기다리는 것이 아닙니다.

해양 표층에서 내려오는 작은 유기물 입자, 퇴적물 속에 이미 존재하는 유기탄소, 미생물이 분해한 물질 등 다양한 형태의 탄소원이 미생물 먹이망으로 들어갈 수 있습니다.

2020년 마리아나해구와 케르마데크 해구의 먹이망을 비교한 연구에서도 해구 생태계에 여러 종류의 먹이 공급원이 존재한다는 증거가 확인됐습니다.

즉, 심해의 먹이망은 생각보다 단순하지 않습니다.

두 번째 방법은 ‘다른 미생물이 만든 물질’을 이용하는 것이다

미생물 세계에서는 먹이사슬이 동물 세계와 조금 다르게 연결됩니다.

한 미생물이 어떤 물질을 분해하면 그 과정에서 다른 미생물이 이용할 수 있는 물질이 만들어질 수 있습니다.

이렇게 하나의 미생물이 처리한 물질이 다른 미생물의 에너지원이나 탄소원이 되면서 작은 규모의 순환이 만들어집니다.

마리아나해구의 퇴적물에서도 미생물 군집은 서로 완전히 독립적으로 살아가는 것이 아니라 다양한 물질의 생성과 분해를 통해 연결되어 있습니다.

2026년 발표된 하달 해구 미생물 연구 리뷰에서는 미생물 군집이 유기물 분해뿐 아니라 탄소·질소·황 등의 물질 순환에 관여하며, 서로 다른 미생물의 대사 과정이 연결되어 있다고 설명합니다.

결국 해저에서는 하나의 ‘먹이’가 사라지는 것으로 끝나는 것이 아니라, 한 미생물이 분해한 물질이 다른 미생물의 먹이가 되는 연쇄 과정이 이어질 수 있습니다.

빛이 없어도 에너지를 얻을 수 있다

여기에서 중요한 개념이 하나 등장합니다.

바로 화학합성 또는 화학무기영양(chemolithotrophy)입니다.

육지의 식물이나 바다 표면의 식물플랑크톤은 빛을 이용해 유기물을 만들어낼 수 있습니다.

하지만 빛이 없는 해저에서는 다른 에너지원을 이용하는 미생물이 존재합니다.

일부 미생물은 암모니아, 아질산염, 황 화합물, 철과 같은 무기물의 산화·환원 반응에서 얻을 수 있는 에너지를 이용합니다.

이런 미생물은 빛이 없어도 특정 화학반응을 이용해 자신의 생명 활동에 필요한 에너지를 확보할 수 있습니다.

다만 여기에서도 모든 마리아나해구 미생물이 화학합성을 하는 것은 아닙니다.

마리아나해구 퇴적물에는 유기물을 소비하는 종속영양 미생물과 다양한 무기물의 화학반응에 관여하는 미생물이 함께 존재합니다.

마리아나해구 미생물은 ‘쓰레기 처리장’ 역할도 한다

미생물의 역할은 단순히 자신이 먹고 살아가는 데 그치지 않습니다.

미생물이 유기물을 분해하면 탄소와 질소, 인 등의 원소가 다른 형태로 전환됩니다.

이 과정은 해저의 물질순환과 연결됩니다.

예를 들어 표층에서 내려온 유기물이 해저에 쌓이면 미생물이 이를 분해하면서 여러 가지 화학물질을 만들어냅니다.

그 물질은 다시 다른 미생물의 대사 과정에 이용될 수 있습니다.

따라서 미생물은 마리아나해구 생태계에서 유기물을 분해하고 물질을 다시 순환시키는 핵심 구성원이라고 볼 수 있습니다.

최근 하달대 미생물 연구에서는 이러한 미생물의 활동이 탄소뿐 아니라 질소와 황 등의 생지화학적 순환에도 영향을 미친다는 사실이 점점 구체적으로 밝혀지고 있습니다.

놀라운 것은 ‘가장 깊은 곳’에서도 미생물 활동이 높게 나타난다는 점이다

일반적으로 깊은 바다로 내려갈수록 생물학적 활동이 크게 줄어들 것이라고 생각하기 쉽습니다.

실제로 깊은 바다는 표층보다 이용 가능한 에너지가 제한적입니다.

그런데 마리아나해구의 챌린저 해연에서는 흥미로운 결과가 나왔습니다.

2013년 Nature Geoscience에 발표된 연구에서는 챌린저 해연의 퇴적물에서 높은 미생물 활동이 관찰됐습니다.

연구진이 현장에서 측정한 산소 소비율은 인근 약 6,000m 깊이의 지점보다 약 2배 높았고, 퇴적물의 미생물 세포 농도 역시 더 높았습니다.

연구진은 해구에 유기물이 비교적 많이 퇴적되는 현상이 이러한 높은 미생물 활동을 유지하는 데 중요한 역할을 한다고 결론지었습니다.

즉, 가장 깊은 곳이라고 해서 반드시 미생물에게 먹이가 거의 없는 것은 아닙니다.

왜 마리아나해구에 유기물이 모일까?

이 질문은 미생물이 무엇을 먹는지 이해하는 데 매우 중요합니다.

해구는 단순히 깊게 파인 웅덩이가 아닙니다.

주변의 해저 지형과 경사, 해류, 퇴적물 이동 등이 복합적으로 작용하는 공간입니다.

위쪽에서 내려온 입자성 물질이 경사면을 따라 이동하거나 해구 축에 모일 수 있고, 이러한 과정에서 유기물도 함께 이동할 수 있습니다.

일부 연구에서는 해구 지형이 퇴적물과 유기물의 집중을 촉진할 수 있다는 점을 제시하고 있습니다.

또한 지진이나 사면 붕괴 같은 사건은 짧은 시간에 많은 양의 퇴적물을 이동시킬 수 있습니다.

이런 과정은 미생물이 이용할 수 있는 물질의 분포를 변화시킬 수 있습니다.

마리아나해구의 미생물은 모두 같은 것을 먹지 않는다

이것이 이번 주제에서 가장 중요한 부분입니다.

“마리아나해구 미생물은 무엇을 먹는다”라고 하나의 음식으로 답할 수 없습니다.

미생물마다 사용하는 탄소원과 에너지원이 다르기 때문입니다.

미생물이 이용하는 물질	어디에서 오는가	이용 방식
유기물 입자	해수 표층에서 가라앉음	분해하여 탄소와 에너지원으로 이용
탄수화물·고분자 물질	퇴적물 속 유기물	효소를 이용해 작은 분자로 분해
아미노산·유기산	유기물 분해 과정 등	대사 과정에 이용
용존 유기탄소	해수와 퇴적물 속	종속영양 대사에 이용
암모니아·아질산염 등	퇴적물의 질소 순환 과정	일부 미생물이 화학에너지원으로 이용
황·철 등 무기물	해저 광물 및 화학적 환경	특정 화학무기영양 미생물이 에너지원으로 이용

이 표에서 ‘먹는다’라는 표현은 일반적인 동물의 섭식과는 다릅니다.

미생물학에서는 어떤 물질을 탄소원으로 사용하는지, 어떤 화학반응을 통해 에너지를 얻는지를 따로 구분해야 하기 때문입니다.

실험실에서 실제로 확인된 흥미로운 사실

마리아나해구 표층 퇴적물에서 채취한 미생물 군집을 대상으로 한 연구에서는 다양한 탄소원을 제공해 미생물의 대사 반응을 비교했습니다.

그 결과 고분자와 탄수화물 계열의 물질이 상대적으로 빠르게 이용됐으며, 아미노산과 카복실산도 이용되는 것으로 나타났습니다.

이 결과는 미생물이 해저에 존재하는 다양한 유기물에 대응할 수 있음을 보여줍니다.

또 다른 연구에서는 마리아나해구의 10,816m 깊이에서 채취한 퇴적물로부터 여러 종류의 미생물을 배양하고, 그 가운데 일부가 탄화수소를 탄소원으로 이용할 수 있다는 사실도 조사했습니다.

이런 연구들은 심해 미생물의 대사 능력이 우리가 생각했던 것보다 다양할 수 있음을 보여줍니다.

물론 실험실에서 특정 물질을 이용할 수 있다는 사실이 자연환경에서 그 물질을 주요 먹이로 사용한다는 의미는 아닙니다.

따라서 연구 결과를 해석할 때는 “이 물질을 이용할 수 있다”와 “자연에서 이것을 주로 먹는다”를 구분해야 합니다.

미생물이 없다면 마리아나해구의 생태계도 달라진다

미생물은 눈에 잘 보이지 않지만 해구 생태계에서 매우 중요한 역할을 합니다.

표층에서 내려온 유기물을 분해하고, 퇴적물 속의 화학물질을 변화시키며, 탄소와 질소 등의 원소가 다시 순환하도록 돕기 때문입니다.

또한 일부 미생물은 다른 생물에게 이용될 수 있는 유기물을 만들어내거나, 미생물끼리 서로 대사산물을 주고받는 방식으로 해저 생태계의 물질 흐름에 참여합니다.

따라서 마리아나해구를 단순히 ‘깊은 곳에 동물이 사는 장소’라고 보는 것보다 미생물부터 대형 생물까지 서로 연결된 생태계로 이해하는 것이 더 정확합니다.

마리아나해구의 미생물 연구가 중요한 이유

마리아나해구 미생물을 연구하는 이유는 단순히 신기한 생물을 찾기 위해서만은 아닙니다.

미생물은 지구에서 탄소와 질소, 황 등의 물질을 이동시키는 중요한 역할을 하기 때문입니다.

해구처럼 극한 환경에서 어떤 미생물이 어떤 방식으로 물질을 이용하는지를 알면, 지구의 깊은 바다에서 탄소가 어떻게 이동하고 저장되는지도 더 잘 이해할 수 있습니다.

2026년 발표된 하달 해구 미생물 연구 리뷰에서는 최근의 배양 연구, 단일세포 유전체 분석, 메타유전체 연구 등을 종합해 하달대 미생물이 탄소와 질소, 황 등의 생지화학적 순환에 관여하며, 극한 환경에 맞는 다양한 대사 전략을 가지고 있다고 정리했습니다.

즉, 마리아나해구의 미생물은 단순히 ‘극한 환경에서 버티는 작은 생물’이 아니라 해저의 물질순환을 실제로 움직이는 생태계 구성원인 것입니다.

아직 밝혀지지 않은 것도 많다

마리아나해구의 미생물 연구가 빠르게 발전하고 있지만 여전히 모르는 부분이 많습니다.

특히 자연 상태에서 각각의 미생물이 정확히 어떤 물질을 얼마나 이용하는지 직접 측정하는 것은 쉽지 않습니다.

실험실에서 배양할 수 있는 미생물도 전체 미생물 군집의 일부에 불과합니다.

따라서 유전체에서 특정 대사 능력이 발견됐다고 해서 그 미생물이 실제 자연환경에서 항상 그 반응을 수행한다고 단정할 수도 없습니다.

앞으로 현장에서 직접 미생물의 활동을 측정하는 장비와 유전체 분석 기술이 발전하면 마리아나해구의 보이지 않는 먹이망이 더욱 구체적으로 밝혀질 것으로 기대됩니다.

결론

마리아나해구의 미생물이 무엇을 먹고 사는지에 대한 답은 생각보다 복잡합니다.

일부 미생물은 바다 표면에서 내려온 유기물을 분해하고, 다른 미생물은 퇴적물 속의 탄수화물이나 아미노산, 유기산 등을 이용합니다.

또 어떤 미생물은 유기물에만 의존하지 않고 암모니아나 황 등의 무기물과 관련된 화학반응에서 에너지를 얻을 수 있습니다.

따라서 마리아나해구의 생명은 단순히 바다 표면에서 떨어지는 먹이만 기다리며 살아가는 것이 아닙니다.

해구의 퇴적물 속에서는 유기물이 분해되고, 미생물이 새로운 물질을 만들고, 또 다른 미생물이 그것을 이용하는 복잡한 순환이 이어집니다.

특히 챌린저 해연에서는 예상보다 높은 미생물 활동이 관찰됐으며, 해구에 유기물이 축적되는 과정이 이러한 활동을 뒷받침하는 중요한 요인으로 제시됐습니다.

결국 마리아나해구의 생태계를 이해하려면 눈에 잘 보이는 물고기나 갑각류만 바라봐서는 부족합니다.

수천 미터 아래의 진흙 한 숟가락 안에도 탄소를 분해하고 에너지를 만들어내며 물질을 순환시키는 거대한 미생물 세계가 존재하기 때문입니다.

우리가 마리아나해구의 바닥을 ‘생명이 살기 어려운 곳’이라고 생각할수록, 그곳에서 실제로 활동하고 있는 미생물의 존재는 더욱 놀랍게 느껴집니다.

참고 자료

• Nature Geoscience — High rates of microbial carbon turnover in sediments in the deepest oceanic trench on Earth
• The ISME Journal — Microbial community and geochemical analyses of trans-trench sediments for understanding the roles of hadal environments
• Frontiers in Microbiology — Spatial variation and metabolic diversity of microbial communities in the surface sediments of the Mariana Trench
• Nature Communications — Removal of dissolved organic carbon in the West Pacific hadal zones
• Nature Reviews / Communications Earth & Environment — 하달 해구 미생물의 적응과 생태계 기능에 관한 최신 연구
• ScienceDirect — Trophic interactions of megafauna in the Mariana and Kermadec trenches inferred from stable isotope analysis
• Frontiers in Microbiology — 마리아나해구 퇴적물에서 분리된 미생물의 탄화수소 분해 연구