[와우! 과학] 광합성 하는 아메바가 있다?

아메바라고 하면 우리는 작고 원시적인 단세포 생물을 떠올린다. 종종 병원성 아메바가 뉴스를 타는 것 이외에 이 생물에 대해서 기사가 나오는 경우는 거의 없을 만큼 일반 대중들에게는 큰 관심을 받지 못하는 존재이기도 하다.

하지만 예외도 존재한다. 과학자들에게 아메바는 매우 귀중한 연구 대상이다. 학술적으로 가치가 높은 독특한 생태와 생존 방식을 가지고 있기 때문이다. 이 중에는 '광합성 아메바'도 있다.

광합성 아메바는 상당히 의외로 받아들여지겠지만, 실제로 존재한다. 파울리넬라(Paulinella) 속의 아메바가 그 주인공으로 현미경을 통해 보면 녹색으로 보인다. 하지만 그렇다고 해서 이 아메바가 식물의 일원이거나 혹은 세포 내에 엽록체(chloroplast)를 가지고 있는 것은 아니다. 대신 광합성을 하는 시아노박테리아를 품고 있다.

식물의 진화 과정에서 가장 유력한 이론은 본래 독립생활을 하던 박테리아가 세포 내에서 공생하면서 세포소기관인 엽록체로 진화했다는 것이다. 이는 미토콘드리아 같은 다른 세포소기관도 마찬가지로 보고 있다. 아마도 이 과정은 15억 년 전에 일어났던 것으로 보인다.

그런데 놀랍게도 파울리넬라 아메바는 과거 초기 식물 세포처럼 광합성 박테리아를 체내에 품고 있다. 아마도 포식 과정에서 잡아먹었던 박테리아를 완전히 소화하는 대신 계속해서 에너지를 생산하게 길들인 것으로 추정된다. 독일과 미국의 과학자들은 이 아메바와 그 안에 사는 공생 박테리아의 유전자를 분석해서 이 과정을 연구했다.

그 결과 아마도 1억 년 전쯤 이들의 기묘한 동거가 시작된 것으로 밝혀졌다. 오랜 세월이 지나면 이들 역시 독립적인 세포 기관으로 발전할지 모른다. 하지만 그 전에 해결해야 할 중요한 문제가 있다.

이미 세포 내 소기관으로 진화된 엽록체와는 달리 이 박테리아들은 아직 독립적인 생물체다. 이들은 아메바 체내에서 분열을 반복하면서 불가피하게 DNA 일부를 소실하게 된다. 야생 상태라면 이 박테리아들은 다른 박테리아에서 유전자를 공급받을 수 있으나 아메바 내부에서는 무리다.

연구팀에 의하면 아메바가 독립생활을 하는 박테리아에서 유전자를 흡수해서 이 문제를 해결하는 것으로 보인다고 한다. 아마도 15억 년 전에도 비슷한 일이 일어나면서 시아노박테리아의 조상이 다른 세포의 체내에 안정적으로 공생했을지 모른다.

시간이 흐르면서 박테리아는 대부분의 대사 기능을 숙주 세포에 맞기고 자신은 광합성만 전문으로 하는 엽록체로 진화했을 것이다. 과학자들은 이 독특한 아메바로부터 식물의 진화에 대한 단서를 얻었다.

우리 눈에는 하찮게 보이는 생물이라도 그 안에는 경이로 가득 차 있다. 과학은 계속해서 자연의 경이를 찾아내고 연구할 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com