뿌리혹박테리아
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1. 개요
질소고정세균의 하나. 주로 콩과 식물의 뿌리에 공생하는 세균. 질소 원자(N)는 식물에게 있어 단백질 생성에 큰 역할을 하는 암모니아(NH3)의 재료인데, 공기 중의 질소 분자(N2)는 매우 안정된 3중 결합의 분자 구조로 식물이 사용하기 힘들다. 그런데 이 뿌리혹박테리아가 공기중 질소 분자를 이용하여 암모니아를 생산하고 식물에게 제공하여 질소를 '''식물이 이용할 수 있게''' 한다. 그리고 식물은 질소에서 변환된 암모니아를 이용하여 글루탐산, 아스파라긴산 등의 아미노산, 즉 단백질을 합성한다. 그리고 세균은 식물로부터 단백질을 받게된다. 즉 서로에게 도움을 주는 상리공생 관계이다. 질소는 비료의 주성분이기도 할 만큼 식물의 생장에 중요한 역할을 하는데, 뿌리혹세균은 공기 중의 질소를 땅에 고정시킬 수 있는 몇 안 되는 생물 중 하나이다.[1]
이 뿌리혹박테리아의 존재는 인류가 수천년전부터 농경을 시작한 이래로, 땅의 지력을 보충하기 위해서 콩과 식물을 재배하는 주된 이유였다. 그러나 인류 문명이 발전하면서 효율이 좋은 비료가 지속적으로 개발되었고, 결정적으로 1912년 독일의 과학자 프리츠 하버가 공기로부터 암모니아, 즉 질소를 고정하는 공정을 발견하여 화학 비료의 시대가 도래한 이후로는 본 세균에 대한 의존도가 극히 낮아졌다. 특히 기업농은 농약과 비료를 들이붓더라도 단작/연작이 이익을 더 많이 낼수 있기 때문에 혼작/윤작은 잘 하지 않는다.
콩의 행동도 흥미로운데, 질소가 많이 필요한 시기(생육기)엔 양분을 막 퍼주고 나중엔 안 줘서 굶겨죽인다.
뿌리혹세균은 호기성이라 산소가 필요하지만, 산소는 질소고정 과정을 저해한다. 따라서 콩은 레그헤모글로빈을 만들어 산소를 낮은 농도로 유지한다. 그래서 뿌리혹을 갈라보면 피와 같은 빨간색이다.
콩에 단백질이 많은 이유가 이 세균 덕분이라고 볼 수 있다. 단백질의 주요 원소 중 N(질소)를 콩과식물에 직접적으로 공급해주기 때문. 사실 질소 고정 세균은 뿌리혹세균 외에도 수없이 많다.
대한민국의 녹화사업 당시 아주 유용했는데, 이것이 있는 나무들[2]을 대량으로 심어서 민둥산이던 남한 산들의 지력을 보충하는데 아주 유용했다.
2. 여담
계란계란 작가의 웹툰 오늘은 자체 휴강 39화의 주제는 자연 속 공생 관계인데, 뿌리혹세균과 콩의 관계를 들며 콩을 대차게 깐다.
[1] 질소라는 녀석이 얼마나 쓰기 힘든 녀석이냐면, 그놈의 삼중결합을 끊기 위해 '''530℃의 온도와 약 200기압의 압력, 산화철+세륨+크로뮴 촉매'''라는 조건을 갖춰야 기초적인 질소화합물인 암모니아를 만들 수 있다. 반대로 질소화합물을 질소로 바꾸는 미생물도 존재한다. 자세한 내용은 아나목스 문서 참고.[2] 대표적인 경우로 아까시나무가 있다.