남세균

단세포에서 다세포 동물로
<colbgcolor=#F1FCFE> 원시세포의 탄생	모든 생물의 공통 조상
원핵생물의 시대	남세균 ㅣ 스트로마톨라이트
진핵생물	세포 내 공생 ㅣ 그리파니아
다세포 동물의 탄생	깃편모충
껍질의 시작과 동물의 분화	소형패각화석 ㅣ 에디아카라 동물군
안구의 시작과 동물의 세분화	캄브리아기 대폭발

남세균(남조류)[1] (藍細菌)\| blue green algae

학명	*Cyanobacteria*
분류
<colbgcolor=#ff8c8c><colcolor=#000> 역	세균역 (Bacteria)
문	남세균문 (Cyanobacteria)

1. 개요2. 특징3. 독소4. 여담

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1. 개요

남세균은 남조류(藍藻類)라고도 하며, 진핵생물이 아닌 원핵생물인 원시 조류의 일종을 말한다. 남조류는 그 특성에 따라 조류로 분류되기도 하나, 기본적으로 생물학적 특성이 다른 세균(박테리아)의 일종이다. 예전에는 교과서에도 남조류로 나왔다.

2. 특징

현재로부터 38억 년 ~ 25억 년 전 시생누대 중에서 고시생대에 발생한 것으로 사료되며, 지구 역사상 최초로 광합성을 시작한 생물이다.

비록 40억 년 전 등장한 최초의 생명체인 혐기성 # 세균은 아니지만 남세균이 약 4억 년 동안 지구에서 산소를 만들어 내면서 현재 생물군의 지배종인 인간을 비롯한 호기성 생명체에게 중요하다고 볼 수 있다. 가령 지구의 이산화탄소, 메탄과 같은 온실가스 등을 이용하여 산소를 만들어낸다. 지구가 금성처럼 이산화탄소 덩어리가 되지 않은 것은 남세균이 이산화탄소를 산소로 바꿔주기 때문이다. 남세균의 광합성으로 인해 지금도 바다에 산소를 공급하고 있는 것은 물론 대기 산소 농도를 급증시켜 오존층을 형성하였다. 이 덕분에 성층권에 오존층이 생겼으며, 그로 인해 캄브리아기 대폭발의 발생, 지표면의 유해광선[2] 등이 대기에서부터 차단되어, 해상 → 육상생물이 생길 수 있는 결과까지 이어지게 되었다.[3]

즉 육상생물을 만들기 위한 큰 공로를 세운 생물인 것이다. 또한 남세균은 생명활동을 통해 지질시대에 스트로마톨라이트라는 층을 형성하였다. 광합성을 하기에 엽록소를 갖지만 그 외에 카로티노이드, 피코빌린 같은 보조색소를 가진 남세균도 있다. 세포 속에는 핵이 없으며 미토콘드리아 같은 세포소기관이 존재하지 않는다. 엽록체 역시 세포소기관이므로 남세균에서 찾을 수는 없는데, 사실 엽록체 자체가 고대 남세균의 일부가 진핵세포에 공생하면서 만들어 진 것이다. 엽록체 문서 참조.

남세균은 엽록체 대신 틸라코이드라는 막 구조체를 가지고 있다. 틸라코이드는 엽록체의 안쪽처럼 층을 이룬 형태가 아니라 동심원 구조를 가지고 있으며 여기에 엽록소 등의 색소와 광합성에 필요한 효소가 들어있다. 하지만 일부 남세균은 틸라코이드를 가지고 있지 않기도 한다. 이분법으로 분열하며 일부 남세균은 질소 기체를 암모니아로 전환하는 질소고정 능력을 가지고 있다. 질소고정 능력이 있는 남세균은 보통 이질세포라는 특이한 구조를 만든다.

지금도 산소농도를 유지하기 위한 가장 높은 효율의 활동을 하고 있는 생물이다. 관행적으로 지구의 허파라는 말을 듣는 아마존 등의 열대우림의 경우, 사실 광합성으로 인해 이산화탄소를 포집하기도 하지만, 동시에 썩으면서 이산화탄소를 내뿜기도 하므로 사실상 +- 제로다. 열대우림에서 산소의 순생산을 하기 위해서는 탄소의 집합체라 할 수 있는 거대한 나무들을 땅에 파묻거나 해서 탄소를 지하에 묻어버려야하는데 그렇게되지않고 식물이 양분을 빨라올려 다시 재사용하거나 활발한 분해자의 활동으로 그냥 썩기 때문에 산소를 생산하는 만큼 바로 소비해버리기 때문이다.

하지만 남세균의 경우 광합성을 통해 대기중에서 포집한 탄소가 바다의 플랑크톤이나 어류에 먹힌 후 그 똥으로 바다에 녹거나 심해로 가라앉기 때문에 실질적인 대기중 탄소격리를 하고 있어서 생태계에서 유일하게 유의미한 이산화탄소 제거 및 산소생성을 하고 있는 종이다. 다시말해 과거 이산화탄소 농도가 매우 높던 지구 대기에 산소를 가득채웠던 종이기도 하지만, 동시에 현재 진행형으로 산소생산을 지속함으로써 다른 동물들이 살아갈 수 있는 기반이 되어주고 있는 생물이다.

3. 독소

남세균이 분비하는 독소는 굉장히 강력한 신경독으로 작용하며, 녹조로 인해 물에 남세균이 증식할 시 치명적인 결과를 초래할 수 있다. 먹이사슬의 아랫단계에 있는 동물이 남세균의 독소를 흡수하고, 이 동물을 윗단계에 있는 동물이 포식하면서 생물농축이 발생하기 때문에, 먹이사슬 윗단계에 있는 포식자는 엄청난 양의 독소가 축적되어 위험해질 수 있다. 그 효과는 실로 엄청나서 코끼리 떼죽음의 원인이 되기도 할 정도. # 미국에서는 1980년대에 국조인 흰머리수리가 계속 떼죽음을 당하는 현상이 발생했는데, 이것의 원인이 남세균의 독소라는 사실이 밝혀지며 이 문제가 수면 위에 떠오르기 시작했다. 이 때문에 붙은 별명이 'eagle killer'.

그런데 사실 남세균이 분비하는 순수한 독소 자체는 그렇게까지 강력하지 않고, 이 독소가 브로민과 반응했을 때 비로소 맹독으로 변한다. 물속에 브로민이 존재하는 것은 인간이 무단 방류한 공업 폐수 때문이므로, 이 역시 일종의 인재라고 볼 수 있다. 남세균 입장에서는 굉장히 억울할 노릇.

4. 여담

이처럼 산소 생성으로 생명체 진화의 큰 역할을 했지만 원시 지구의 생명체는 대부분 혐기성이었기 때문에 약 23억 년 전, 남세균이 5대 멸종에 버금가는 대멸종인 산소 대참사(Oxygen Catastrpphe)를 일으킨 것은 물론 대기 중에서 이산화탄소를 제거해 지구 전체를 눈덩이로 만들었다는 가설이 있다.
화성에서 산소를 만드는 실험에 사용될 수 있다는 연구결과가 나왔다. 남세균(시아노 박테리아)을 통해서 화성에 산소를 공급하겠다는 테라포밍 계획인 셈. 남세균(시아노 박테리아) 자체가 원시지구의 극한 환경에서부터 생존했던 터라 별로 놀랍지는 않지만. #
녹조 현상의 주된 원인이다. 주로 더운 여름에 개체수가 폭발적으로 증가하면서 수면을 뒤덮어 산소 용해를 막고, 남세균의 독소 자체도 강한 편이라 수중 생태계에 큰 악영향을 미친다.
클로렐라랑 비슷한 측면에서 건강식품으로 불리는 스피루리나(스피룰리나)가 남세균에 해당된다.

[1] Cyan (파랑, 남색) + bacteria를 그대로 한자로 옮겼다. 남조류라고 써도 틀리지는 않지만 90년대 이후에는 많이 쓰지 않는다. [2] 대표적으로 자외선 [3] 현재 학계에서는 이 학설이 유력했으나, 2024년 8월에 새로운 가설이 등장했는데, 바로 망간단괴가 천연 전지 역할을 해서 해수를 전기분해하여 산소를 발생시켰다는 가설이다. 일명 암흑 산소 가설로, 이 가설이 사실이라고 하면 지금까지 항성의 빛을 충분히 받지 못한 다른 행성에서도 비슷한 매커니즘으로 산소가 발생할 수 있어서 생명활동의 여지가 생겨나는지라 천문학계를 비롯한 수많은 학계가 다같이 난리가 난 상태다.