[기사 수정 : 8월 1일 오전 9시38분]

빙하 속에 갇히거나 실험실에 숨겨져 있던 고대 병원체가 풀려나 인류에게 끔찍한 재앙을 일으키는 상상은 여러 세대의 공상과학 소설가와 현대의 시나리오 작가에게 영감의 원천이었다. 인간의 발병이 새로운 환경이나 낯선 동물과 접촉하며 일어날 수 있다는 건 잘 알려진 사실이다. 유럽인의 아메리카 상륙 사건에서 보듯, 낯선 동물엔 인간이 포함된다.

기후위기와 함께 최근에는 인간과 낯선 병원체 사이의 새로운 접촉 가능성의 우려가 커지고 있다. 수천 년에 걸쳐 인류문명에 자연적 장벽으로 작용했던 것들이 무너질 위협에 처했기 때문이다.

영구동토층(永久凍土層, permafrost)은 자연적 장벽의 대표적인 사례다. 영구동토층은 최소 2년 연속으로 0°C 이하 온도를 유지하는 지반 또는 암석을 말한다.[1] 영구동토층의 면적은 지구 육지의 14%에 해당하는 2100만㎢에 달한다. 주로 북극의 고위도에서 위치한다. 북극해의 해수면 아래 대륙붕에는 해저영구동토가 있다.

육지와 지상의 영구동토는 오래된 유기탄소 퇴적물을 함유한다. 이곳에는 현재 대기에 이산화탄소로 존재하는 탄소보다 최소 2배 많은 탄소가 묻혀 있어 기후위기 시대의 시한폭탄이기도 하다. 영구동토층에 갇힌 탄소가 메탄과 이산화탄소로 배출되면 대기 중 온실가스 농도가 높아지고 따라서 대기온도 또한 상승한다. 대기온도가 오르면 동토가 더 녹아 다시 더 많은 양의 메탄과 탄소가 분출하는 양의 되먹임이 일어난다. 지구온난화를 가속하는 방아쇠가 영구동토층에 묻혀 있는 셈이다.[2]
 
미국 캘리포니아 공대 제트추진연구소 채드 A 그린 박사는 영구동토층을 덮은 얼음이 얼마나 녹았는지를 정확하게 알아내기 위해 인공지능(AI) 매핑 기술을 사용하여 1985~2022년의 그린란드 빙상의 종단(終端) 지점 23만 6328개를 추적했다. 38년에 걸쳐 월 단위로 그린란드 빙상 면적의 변화를 120m 수준으로 연구한 결과 1985년과 2022년 사이에 약 5000㎢ 넓이의 얼음이 없어졌다는 것이 밝혀졌다. 약 1조 톤의 무게에 해당한다.[3][4]

이 연구는, 그린란드 빙상이 2003년 이후 매년 약 2210억 톤이 소실됐다는 이전 연구들보다 연간 약 430억 톤이 추가로 녹았다는 사실을 밝혔다. 기존 연구 추정치보다 얼음이 20% 더 많이 녹은 것이다. 기존 연구가 발견하지 못한, 해수면 아래의 피오르를 채운 얼음을 찾아내 이 얼음이 녹았음을 확인했다. 과거 얼음이 차지했던 바다 밑 공간은 이제 바닷물로 채워졌다.[5]

그린란드에서 목격하듯 영구동토층에서 얼음이 녹으면 해수면 상승, 담수의 부족, 서식지 파괴, 탄소 방출 등의 문제를 일으킨다.[6] 그러나 현재의 문제 목록에 오르지 못한 다른 문제가 어쩌면 더 치명적인 위협이 될지도 모른다.

미생물 냉장고가 녹고 있다

이처럼 빙하와 영구동토층이 빠른 속도로 또 방대한 규모로 녹고 있다. 그 과정에서 몇천 년 동안 얼음 안에 휴면 상태로 갇혀 있던 막대한 양의 미생물을 방출하고 있다. 2013년 영국 에버리스트위스대 빙하학센터(CfG)의 계산에 따르면 담수에는 ml당 약 1.3×10의25승 개 미생물이, 빙하에는 ml당 무려 3.5×10의29승 개 미생물이 존재한다.[7] 최소는 4x10의25승 개/ml였고 최대는 7x10의29승 개/ml여서 평균값인 3.5002x10의29승 개/ml로 보았다. 툰드라 및 고산 토양에는 ml당 2×10의28승 개의 미생물이 존재한다고 추정했다.

이 추정치에 의하면 빙하에는 담수보다 약 2만 3000배, 툰드라 및 고산 토양보다 약 15배 많은 미생물이 있다. 추정치에 오차가 있을 수 있으나, 빙하에 천문학적 규모의 미생물이 살고 있다는 사실을 확고하게 보여준다. 영구동토층을 포함한 빙하 생태계는 미생물의 주요 저장소이다.[8]

콜롬비아 로스안데스대 미생물학자 루이스 안드레스 야르자발이 가까운 미래에 빙하에 갇힌 미생물 혹은 바이러스가 얼음이 녹으며 대량으로 방출돼 지역 전염병으로 이어질 수 있음을 경고했다.[9] 현재 영구동토층에서 매년 4섹스틸리언(Sextillion ,1021)개의 미생물이 방출되고 있다.

2021년 미국 오하이오주립대 미생물학자 지핑 종과 동료들은 중국 티베트고원의 얼음 표본에서 약 1만 5000년 된 미생물 968종을 발견했다. 분석 결과, 빙하는 수만 년에서 수십만 년에 걸쳐 생존한 미생물을 보존하고 있으며, 발견된 미생물들은 추운 환경에 대한 유전체 적응이 가능해 미래에 빙하가 녹으면 되살아나 현 생태계에 유입될 가능성이 충분했다.[10] 종 박사는 티베트 빙하에서 채취한 얼음 코어에서 미생물을 찾았다.

티베트 빙하는 중국의 양쯔강과 황하, 인도의 갠지스강에 물을 공급한다. 모두 세계에서 인구가 가장 많이 사는 지역으로 흐르는 강이다. 해빙으로 방출된 미생물들이 물과 함께 강과 도시로 이동해 인구 밀집 지역에 도달한다면 심각한 사태를 야기할 수 있다. 2020년 종 박사와 함께 사전 연구에 참여한 빙하학자인 로니 톰슨은 "우리는 이러한 극한 환경에 존재하는 바이러스와 미생물에 대해 거의 알지 못하며, 그곳에 실제로 무엇이 있는지조차 모른다"며 "세균과 바이러스가 기후 변화에서 어떻게 반응하는지에 관한 연구와 이해가 매우 중요하다"고 말했다.[11]

현 인류는 고대 미생물에 대해 내성을 갖거나 백신을 보유하고 있지 않기에, 빙하바이러스의 출현은 미증유의 재앙으로 비화할 가능성을 배제하지 못한다.

빙하바이러스가 인류를 포함한 지구 생태계 전체에 위협이 될 것이라는 연구결과가 있다. 2023년 핀란드 헬싱키대, 미국 미시간대 등 국제연구팀이 고대 바이러스와 현대 세균이 어떻게 상호작용하는지 AVIDA라는 디지털 모델링을 통해 관찰했다. 고대 바이러스가 현대 세균 군집의 종 다양성에 어떤 영향을 미치는지를 수만 번의 시뮬레이션을 통해 살펴본 결과, 연구에 사용된 고대 바이러스 1%가 현대의 세균 종 다양성을 최대 32% 감소시키는 등 큰 혼란을 일으켰다. 시뮬레이션 속에서 세균의 32%가 죽었다는 뜻이 아니라 세균 생태계 다양성의 32%가 줄었다는 의미이다.

시뮬레이션 속에서 일부 고대 바이러스가 현 생태계에서 경쟁한 끝에 생존 및 번식에 성공해, 기생충처럼 숙주를 통해 에너지를 얻고 숙주로 이용된 일부 세균이 영향을 받으면서 현대 세균의 종 다양성이 감소한 것으로 나타났다. 숙주는 생존이나 번식에 필요한 에너지를 얻을 수 없었고 결국 사멸했다. 연구진은 성공적으로 현대 생태계에 정착한 일부 고대 바이러스가 시간이 지나도 죽지 않고 심지어 진화하기도 했다고 밝혔다.[12][13]
   
수만 년 동안 죽지 않은 좀비 바이러스

3만 년을 동면 상태로 지내다가 되살아나서 아메바의 일종인 아칸타메바(Acanthamoeba)를 감염시킨 피토바이러스 시베리쿰(Pithovirus sibericum)은 샹탈 아베르젤 교수가 이끄는 프랑스 엑스 마르세유대 연구팀이 발견했다.

2014년 연구팀이 새로운 바이러스를 찾기 위해 이전에 탐험 되지 않은 러시아 북동부의 오지 추코트카(Chukotka) 지역에 도착했고, 아누이 강의 둑에 있는 노두를 60m나 뚫었다.[14][15] 이때 채취한 영구동토층 토양의 샘플에서 얼어붙은 피토바이러스를 찾아냈다. 이 미생물은 해동하자 살아났다. 자그마치 3만 년 동안 생명력을 보전한 피토바이러스를 발견한 것이다.
   
피토바이러스는 몸체의 길이가 1.5μm(마이크로미터[16])이고 직경이 500nm(나노미터[17])이며 60nm 두께의 보호 단백질 코팅으로 둘러싸여 수만 년을 살아남았다. 피토바이러스는 이전에 발견된 고대 바이러스인 판도라바이러스(Pandoravirus) 보다 약간 더 크며 물리적 유사성을 갖고 있지만 게놈을 구성하는 염기쌍은 61만 개로, 280만 쌍인 판도라바이러스보다 게놈이 작다.

피토바이러스는 몸체의 한쪽 끝이 특정한 형태로 밀봉되어 있는 것처럼 보이는 플라스크 모양이다. 이러한 모양에 착안하여, 신이 판도라에게 준 항아리인 암포라[18]를 가리키는 그리스어 Pithos를 딴 이름을 붙였다. 판도라바이러스와 분리되지만 연관성을 가진 작명이다.[19]

실험 결과 이 고대바이러스는 여전히 전염성이 있는 것으로 밝혀졌다. 털 매머드와 검치호랑이가 지구를 배회하던 시절에 활약하다가 동면에 들어가 3만 년 만에 부활한 이 바이러스가 다시 왕성한 생명력을 드러내 연구자들을 놀랍게 했다.[20] 피토바이러스를 발견한 연구팀의 일원인 프랑스 국립과학연구센터(CNRS) 장 미셸 클라베리는 "이렇게 오랜 시간이 지난 후에도 여전히 전염성이 있는 바이러스를 본 것은 이번이 처음"이라고 말했다.[21]

아베르젤과 클라베리 등은 영구동토층에서 고대 바이러스 6종(판도라바이러스 4종, 미미바이러스 1종, 팩맨바이러스 1종)과 매머드 유골의 위와 털에서 피토바이러스 1종 등을 포함해 13종의 고대바이러스를 추가로 발견해 2022년 발표했다. 이 바이러스들은 최소 2만 7000년에서 최대 4만 8500년을 살아남았고 이들은 모두 현재 아칸타메바를 감염시킬 수 있다.[22]

피토바이러스와 같은 고대 바이러스가 감염시킨 대상이 인간이나 동물이 아닌 아칸타메바인 것은 다행스럽지만 꼭 낭보가 아닐 수 있다. 영구동토층에서 나온 고대 바이러스가 아칸타메바만 감염시킬 수 있다는 것이 아니라, 연구진이 검출한 바이러스가 우연히 아칸타메바를 감염시키는 바이러스였다는 뜻이기 때문이다.

아칸타메바는 토양, 담수, 해수와 같은 자연환경에서 어디에나 존재하고 먼지 입자, 웅덩이, 수도꼭지, 싱크대 배수구, 화분, 수족관, 하수 및 의료환경(수압 요법 욕조, 치과 관개 장비, 가습기, 냉각시스템, 인공 호흡기 및 중환자실)에서도 서식하는 아메바이다.[23]

2024년 초 <가디언>과 인터뷰에서 클라베리 교수는 "우리가 분리한 바이러스는 아메바만 감염시킬 수 있었고 인간에게는 위험을 초래하지 않았다. 그러나 이것이 현재 영구동토층에 얼어붙어 있는 다른 바이러스가 인간에게 질병을 유발할 수 없다는 것을 의미하지는 않는다"고 말했다. 인류가 고대 바이러스에게 감염될 가능성이 낮아 보일 수 있지만, 여전히 심각한 가능성으로 취급되어야 함을 강조했다.[24]

영구동토층에서 고대 바이러스를 연구하는 사람들은 표본을 채취하기 위해 현장을 방문할 때 고대 바이러스 감염을 피하기 위해 철저히 예방 조치를 한다. 현장에서 보호 장비를 착용하고 실험실에서도 생물 안전 준칙을 엄격하게 따르며 멸균 조건 하에서 표본을 다루며 연구한다. 연구진에 의해 고대 바이러스가 세상으로 유출되지 않게 하려는 대책이다.

영구동토층의 연대 확인엔 탄소연대측정법을 이용했다. 탄소연대측정법은 약 5730년인 탄소-14의 반감기를 통해 최대 6만 년까지 연대를 측정할 수 있다. 많은 과학자가 영구동토층의 가장 깊은 수준에 최대 100만 년 된 바이러스가 숨어있을 수 있다고 예측한다. 이것은 약 30만 년 전에 출현한 것으로 여겨지는 인간 바이러스 종보다 훨씬 오래된 것이고 그 바이러스들의 일부는 인간의 면역체계와 접촉한 적이 전혀 없다.[25]

'빙하 바이러스 등장' 예행 연습?
 
2016년 여름 러시아의 최북단 지역인 야말반도에서 순록 사이에 대규모 탄저병이 발생하여 2650마리가 감염되었고 그중 2350마리가 사망했다. 목동들은 "병에 걸린 순록들이 무기력해져 천천히 움직이다가 갑자기 흥분하더니 죽었다"고 진술했다.[26] 러시아의 한랭한 지역에서 순록이 탄저병에 걸린 게 처음은 아니다.

100여 년 전 시베리아에서 탄저병이 창궐하여 순록이 계속해서 죽었고 이에 따라 옛 소련 정부는 1930년 순록에 대한 탄저병 예방접종을 시작했고, 2007년에 백신 접종프로그램을 종료했다.[27] 이 질병은 1941년 이 지역에서 마지막으로 목격되었으며 1968년에 공식적으로 "탄저병 없는" 지역으로 선언되었다.[28] 그러나 유난히 따뜻한 날씨로 빙하가 녹으면서 그 안에 있던 탄저균이 방출하며 2016년에 다시 탄저병이 발발한 것으로 파악됐다.[29]

탄저병에 직접적으로 영향을 받거나 병에 걸린 순록과 접촉하여 36건의 인간 감염 사례가 발생했고 그 가운데 12세 소년이 숨졌다.[30] 인근 지역 주민들은 격리 구역으로 대피할 수밖에 없었다. 당시 야말로-네네츠 자치주 드미트리 코빌킨 주지사는 "병원에서 한 남자아이가 사망했다는 소식을 들었다. 위험에 처한 모든 사람의 생명을 구하기 위해 노력했으나 감염병의 교활함을 이기지 못했다"라고 말했다.[31]

빙하가 녹으면서 튀어나온 탄저균으로 인한 2016년의 순록 집단 폐사 사례는 폐사한 개체수가 많다는 점에서 더욱 주목받았다. 같은 해 8월에 노르웨이 남부의 하르당에르비다 고원에서 벼락으로 순록 300여 마리가 죽은 사례가 있었다.[32] 빙하 탄저균으로 인한 순록 폐사 개체수가 벼락으로 인한 폐사 개체수의 약 8배에 달했다.

순록의 탄저균 백신 접종 효과를 평가하기 위한 2007년의 연구에 따르면 814개 표본에서 89%가 탄저균에 내성을 나타낼 만큼 순록 군집 내에 충분히 높은 수준의 항체가 존재했다. 2016년 여름 비정상적으로 높은 온도로 그곳의 영구동토가 녹으면서 얼어 있던 '바실러스 안트라시스'(탄저균 바이러스) 포자가 비산해 그중 일부가 부활했고 대규모 발병으로 이어졌다.[33] 순록에게 탄저병 항체가 충분하다고 판단해 접종을 중단한 후 빙하에 격리돼 있던 탄저균이 온난화로 등장하자 탄저병에 면역이 없는 순록들이 희생된 셈이다.

빙하가 녹으면서 동토를 뚫고 나타난 탄저균에 순록뿐 아니라 인간까지 목숨을 잃었다. 탄저균이 아닌 고대 바이러스의 등장과 확산 또한 같은 경로로 이루어질 수 있다. 코로나에 이은 다음 팬데믹은 빙하로부터 발생할지도 모른다.

글: 안치용 아주대 융합ESG학과 특임교수, 유채은·조승우·김아연 기자(동국대 미디어커뮤니케이션학과), 이윤진 ESG연구소 대표