식물, 동물, 미생물
공생 : 동물과 미생물의 공생
체세포수 : 60조
내 몸안의 세균수 : 100조, 대장균 1조
- 미토콘드리아와 공생 : 진화의 지배자
- 반추동물 : 섬유소의 분해는 미생물의 도움
- infant botulism
- 보튤리늄 독소로 부터 안전할 수 있는 이유
- 미생물간의 전쟁 : 일어나지 않은 파국의 진실
장내 미생물총은 그 종의 장에 가장 적합한 균들의 총합을 말한다. 어미는 새끼에게 이 미생물총을 직, 간접적으로 전달하는데, 그 대표적인 예가 코알라다. 코알라 어미는 생후 어느 시기부터 새끼에게 젖과 함께 엽기적이게도 자신의 똥을 먹이기 시작한다. 이 똥 속엔 유칼립투스 나뭇잎을 소화시킬 수 있는 미생물들이 가득 들어있다. 유칼립투스 잎은 독성이 있어 이 미생물이 장내에 정착되지 않고서는 코알라가 먹어도 소화시킬 수 없다.
코알라뿐만이 아니다. 거의 대부분 초식동물의 어미는 새끼의 반추위가 성장하는 약 3개월 동안 계속해서 조금씩 자기 똥을 먹게 한다. 역시 자신의 장내 미생물총을 고스란히 새끼에게 전달하기 위함이다. 이런 과정을 거쳐 어미가 먹는 풀을 새끼도 무리 없이 소화할 수 있게 되는 것이다. 새끼를 위한다고 어미가 먹는 것 이외에 다른 먹이를 주면 새끼는 소화불량에 걸려 버린다. 어미 역시 태어나는 순간부터 계속해서 새끼의 똥을 맛보면서 새끼의 장 상태를 점검한다.
아프리카의 아카시아와 크레마토가스터 미모시 개미는 서로 공생하는 사이다. 아카시아는 속이 빈 커다란 가시를 만드는데, 개미의 집이 된다. 또 아카시아는 꿀을 만들어 개미들에게 먹이도 준다. 대신 개미들은 아카시아 잎을 뜯어먹는 동물들로부터 아카시아를 지켜 준다. 개미들의 극성에 기린 같은 큰 동물들도 잎을 뜯어먹기 힘들 정도다. 그런데 잎을 뜯어먹는 동물들이 없다면 어떻게 될까? 실제로 미국 플로리다대 동물학과 토드 팔머 교수팀이 이런 실험을 해 보았다. 아카시아 주변에 전기 울타리를 쳐서 잎을 먹는 동물들이 가까이 오지 못하게 한 것이다. 팔머 교수는 이렇게 하면 아카시아가 더 풍성한 잎을 가지게 될 것이라고 예상했다. 하지만 이상한 일이 생겼다. 오히려 아카시아들은 약해지고 말라 죽는 경우도 많았다. 이 이유는 바로 아카시아가 개미에게 소홀해졌기 때문이다. 잎을 먹는 동물들이 없어지자 아카시아 나무는 가시의 수를 점점 줄이고 꿀도 조금 만들었다. 대신 자기 몸집을 키우는 데 더 열중한 것이다. 그러자 개미들의 수는 절반으로 줄어들었고, 진딧물처럼 아카시아에게는 해충이지만 개미에게는 달콤한 즙을 만들어 주는 벌레들을 불러들이기도 했다. 결국 아카시아는 개미들에게 버림받아 약해지고 말라 죽는 경우가 많아지게 된 것이다.
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산호초도 ‘소셜 네트워크’를 통해 해양 생태계까지 보호하는 것으로 조사됐다.
호주 ‘산호초 연구센터’ 조너선 쿨 박사 연구팀은 산호들이 네트워크를 맺어 산호알이나 물고기 새끼가 감소한 지역을 서로 보충해 해양 생태계를 보호한다고 과학학술지 ‘지구 생태학 및 생물지리학회지’ 3월호에 발표했다. 연구 지역은 필리핀, 말레이시아, 인도네시아를 거쳐 솔로몬제도에 이르는 ‘산호 삼각지대’와 중국 남해 등지다. 연구팀은 중국 남해에서 해류에 휩쓸린 물고기 새끼나 산호가 산호 삼각지대에서 발견됐다고 밝혔다. 떨어진 지역에 있는 산호초들이 서로 네트워크를 맺어 이동해온 어류나 산호의 적응을 도왔다.
산호 삼각지대 안에서도 해양 생물의 이동이 활발했다. 산호나 물고기 개체 수가 감소한 지역에 수산 자원을 채우는 역할을 산호초가 하고 있었다. 쿨 박사는 “기후변화와 인간 활동으로 인해 위협 받는 환경에서 산호가 아시아·태평양 지역의 생태계를 보호하는 주요한 역할을 하고 있다”고 설명했다.
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박쥐도 소셜네트워킹을 하는 것으로 밝혀졌다.
독일 그라이프스발트대 제럴드 커스 교수팀은 벡스타인 박쥐(Myotis bechstenii)의 암컷들이 가족 외에 다른 박쥐들과 만나 또 다른 사회적 관계를 형성한다고 영국왕립학술원회보B 온라인판 9일자에 발표했다. 독일에 사는 벡스타인 박쥐의 암컷은 가족 외에 또 다른 작은 그룹을 형성했다. 커스 교수팀은 박쥐의 등에 칩을 달아 5년 동안 서식지의 이동을 데이터로 정리했다. 2만 개가 넘는 박쥐 서식지도 함께 관찰했다. 커스 교수는 “여러 가족으로 이루어진 박쥐 무리에서 또 다른 작은 그룹을 발견했다”면서 “나이, 가족과 상관없이 암컷들이 작은 네트워크를 형성했다”고 말했다. 암컷 박쥐가 형성한 작은 그룹은 박쥐 무리의 결합과 헤어짐에 상관없이 지속됐다. 커스 교수는 “박쥐들은 다른 포유동물과 마찬가지로 대규모의 무리 내에서 수시로 그룹이 변한다”면서 “서로 다른 가족이 모인 암컷 박쥐 그룹은 가족의 무리가 변하는 것과 상관없이 1년 내내 지속됐다”고 말했다.
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식물이 ‘미생물 동맹군’을 불러 모아 병충해에 대항하는 것으로 밝혀졌다. 생존을 위해 나름대로의 소셜 네트워크를 만든다는 연구다.
류충민 한국생명공학연구원 책임연구원 연구진은 26일 해충에게 공격받은 식물이 뿌리 주변의 이로운 미생물을 끌어들여 면역력을 높인다는 사실을 규명했다고 발표했다. 식물 뿌리 근처 흙 1g에는 약 1억 마리의 미생물이 산다. 이중 15%는 식물에게 유익한 미생물로 해충의 공격을 받으면 그 숫자가 증가해 병충해 발병률을 크게 낮춘다는 것이다.연구진은 국내에서 가장 많이 재배되는 밭작물인 ‘고추’와 해충 ‘온실가루이’로 실험했다. 온실가루이는 파리의 일종으로 식물의 즙액을 빨아먹거나 세균 등을 옮긴다. 온실가루이가 고추 잎 즙액을 빨아먹으면 고추 잎은 뿌리에 신호를 보내 분비액을 분출한다. 분비액이 곰팡이 등 이로운 미생물을 끌어 모아 식물의 면역력을 높이고, 고추 잎에 온실가루이가 달라붙는 것을 30%가량 낮춘다. 이렇게 미생물 동맹군을 만든 고추에서는 식물의 뿌리를 파괴해 말라죽도록 하는 청고병이나 잎궤양병의 발병률도 크게 줄었다. 류 책임연구원은 “미생물을 끌어 모아 식물의 면역력을 높이면 농약을 쓰지 않고도 해충을 퇴치할 수 있을 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 영국에서 발행하는 ‘생태학지(Journal of Ecology)’ 1월 17일자에 게재됐다.
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공생 사이에도 주고받기는 철저하다는 연구 결과도 있다.
미국 캘리포니아대 연구팀이 한 개체의 콩과식물 뿌리 가닥을 둘로 나누고 한쪽의 뿌리혹박테리아에게는 보통의 공기를, 다른 한쪽에게는 질소가 적게 든 공기를 줬다. 한쪽 뿌리의 뿌리혹박테리아는 질소고정을 잘 할 수 없게 만든 것이다. 그러자 콩과식물은 질소를 잘 주지 않는 뿌리혹박테리아에게는 산소와 영양분을 적게 주는 걸로 나타났다. 콩과식물이 뿌리혹박테리아가 질소를 얼마나 주는지 알고 또 거기에 따라 자신이 주는 것도 조절한다는 의미다.
공생은 넓은 뜻으로는 한 쪽만 이익을 보는 경우도 포함한다. 그래서 공생을 상리공생, 편리공생, 기생으로 분류하기도 한다. 상리공생은 서로 이익을 주고받는 관계, 편리공생은 한쪽만 이익을 얻는 관계, 기생은 한쪽은 이익이지만 한쪽은 손해인 경우를 의미한다. 하지만 이런 구분도 쉽게 바뀌는 것이다.
실제로 ‘헤르페스’ 바이러스는 기생에서 공생으로 관계가 완전히 바뀌었다. 헤르페스 바이러스는 몸속에 가만히 숨어 있다가 피곤하면 입술에 물집을 만들곤 해서 인간에게 해를 끼치며 ‘기생’하는 존재라고 생각돼 왔다. 그러나 헤르페스 바이러스가 면역력을 높여 주는 공생 관계라는 연구 결과가 있다. 미국 워싱턴대 의과대학 연구팀이 쥐를 이용해 실험한 결과, 헤르페스 바이러스에 감염된 세포는 ‘인터페론 감마’라는 물질을 만드는데, 이 물질이 면역력을 높여 준다는 것이다.
환경이 변해서 관계가 변하기도 한다. 예를 들어 사람의 장 속에 사는 박테리아는 음식물의 소화를 도와 더 많은 에너지를 얻게 해 주는 공생 관계다. 하지만 지나친 에너지의 섭취로 비만이 된 사람에게도 공생 관계라고 할 수 있을까?
기생에서 공생으로 빠르게 진화할 수 있다는 연구결과도 있다. 호주 멜번대의 앤드류 위크스 교수팀이 초파리를 ‘월바키아’라는 박테리아에게 감염되게 했다. 그러자 처음에는 초파리의 번식력이 15~20% 떨어졌지만 20년이 지난 뒤에는 번식력이 10% 증가했다. ‘월바키아’ 박테리아가 번식력을 떨어뜨리는 기생관계에서 번식력을 높여 주는 공생 관계로 진화한 것이다.
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장염의 원인이 밝혀졌다.
이원재 생체공생시스템연구단장은 “장내 세균이 ‘코달’(caudal) 유전자를 이용해 면역시스템을 억제하거나 활성화시킨다”고 1월 25일 미국 과학저널 ‘사이언스’ 온라인판에 발표했다. 이 단장의 연구팀은 초파리를 사용해 장과 장내 세균이 공생하는 메커니즘을 규명했다. 평상시 세균은 장에서 살 수 있도록 코달 유전자로 장내 면역시스템을 억제한다. 이때는 장 안에 사람 몸 전체 세포수의 10배가 넘는 100조개의 세균이 산다. 하지만 나쁜 병원균이 들어오면 장내 세균은 코달 유전자로 면역시스템을 순간적으로 활성화해 살균작용을 한다. 이때 면역시스템이 제대로 작동하지 않으면 장내 세균의 균형이 깨진다. 유익한 세균이 줄어들고 나쁜 균이 늘어나며 장에 염증이 생기게 된다. 이 단장은 “인체는 장 속의 세균과 공생하는 존재”라며 “이 공생관계가 무너지면 장염증 질환이 발병한다”고 말했다.
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연어는 나무의 슈퍼 영양제.
미국 워싱턴대의 로버트 나이만 교수팀은 바다에서 강을 거슬러 올라오는 연어와 강가에 사는 나무가 서로 이익을 주고받으며 산다고 ‘생태학지’ 최근호에 발표했다.
나이만 교수팀이 알래스카에 있는 여러 강가의 나무를 조사한 결과 연어가 올라오는 강가의 나무는 그렇지 않은 나무보다 무려 3배나 빨리 자랐다. 한 예로 연어가 많이 올라오는 강가에서 자란 86년 수령의 가문비나무는 보통 30㎝ 굵기지만 이곳에서는 50㎝를 넘었다. 이곳의 나무가 이처럼 빨리 자라는 것은 연어를 즐겨 먹기 때문이다. 연어는 태평양에 있는 풍부한 영양분을 먹고 크게 자란 뒤 강을 거슬러 올라와 알을 낳고 죽는다. 이때 연어 시체에 있는 질소와 인을 비롯해 다양한 영양분이 강으로 배출되고, 강가에 있는 나무가 이 영양분을 이용하는 것이다. 연어가 바다에서 강으로 영양물질을 옮기는 컨베이어 벨트가 된 셈이다. 연구팀은 바다와 강에 있는 질소 성분의 화학적 차이를 분석한 결과 나무들이 연어의 질소를 많이 이용한다는 사실을 밝혀냈다. 연구팀은 나무의 나이테를 조사하면 과거에 연어가 얼마나 많이 올라왔는지도 알 수 있을 것으로 기대했다.