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[와우! 과학] 식물 수액만 먹고사는 진딧물의 생존 비결은?

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▲ 식물에 수액을 빨아먹는 진딧물



인간은 잡식 동물로 여러 가지 다양한 음식을 먹어야 살 수 있다. 만약 인간이 한 가지 음식만 고집한다면 심각한 영양실조에 빠질 것이다. 하지만 자연계에는 풀만 뜯어먹는 초식 동물처럼 한 가지 종류의 식량에 의존해서 사는 동물들이 흔하다. 물론 식물 안에는 여러 가지 다양한 영양소가 존재할 뿐 아니라 대부분의 동물이 자신이 먹는 먹이에서 필요한 영양분을 합성할 수 있는 능력이 있어 살아가는 데 큰 문제가 없다.

하지만 자연계에는 더 극단적인 사례도 존재한다. 예를 들어 식물 자체가 아니라 식물의 수액을 먹고 사는 진딧물 같은 곤충은 사실 인간의 관점에서 보면 설탕물만 먹고사는 것과 다를 바 없다. 식물의 줄기에서 나오는 수액에는 광합성의 산물인 포도당 같은 탄수화물이 대부분이고 지방이나 단백질은 거의 없다. 이런 먹이 때문에 진딧물 가운데는 남아도는 당분을 분비하는 종류가 많으며 이 당분 때문에 개미 같은 곤충의 보호를 받는다.

아무튼 이들이 탄수화물만 먹고 사는 곤충이기 때문에 과거 생물학자들은 진딧물이 대부분의 단백질을 스스로 합성할 수 있는 능력이 있다고 생각했었다. 하지만 최근 연구 결과는 그런 대사 능력이 없다는 사실을 보여줬다. 그럼에도 이들이 단백질 결핍에 시달리지 않는 이유는 단백질을 합성하는 공생 미생물 덕분이다. 물론 숙주가 할 수 없는 여러 가지 대사 과정을 대신해주는 대신 숙주의 몸속에서 보호를 받는 공생 미생물은 흔하지만, 진딧물 공생 미생물은 아예 숙주 세포 속에서 살아간다는 점이 독특해 생물학자들의 주목을 받고 있다.

일반적인 공생 미생물이 소화기관에 존재하는 것과는 달리 이 공생 미생물은 박테리오사이트(Bacteriocyte)라는 특화된 세포 안에 들어가 살아간다. 흥미롭게도 이 공생 미생물은 진딧물이 섭취하는 극소량의 질소만 가지고 아미노산을 합성한다. 이 비결을 알기 위해 미국 캘리포니아 대학의 앨리슨 한센 교수와 대학원생인 김도협은 진딧물의 유전자를 조사했다.



그 결과 진딧물은 DNA 메틸화를 통해 질소가 매우 적은 식물의 수액에서도 효과적으로 아미노산과 질소 자원을 활용할 수 있는 것으로 나타났다. DNA 메틸화는 DNA 자체의 염기 서열에는 변화를 주지 않으면서 유전자를 활성화시키거나 비활성화시켜 표현형을 달리 조절한다. 진딧물의 경우 주로 섭취하는 식물의 수액에 맞춰 DNA 메틸화를 통해 적응하는 것으로 나타났다.

이 연구는 작은 곤충 안에도 더 작은 미생물이 공존할 수 있고 이들의 진화 역시 함께 이뤄졌다는 점을 보여준다. 비록 인간의 관점에서는 해충에 가까울지 모르지만, 이들의 생존 방식을 이해하는 것은 생물 진화 과정에서 매우 중요한 미생물과 숙주의 공진화 과정을 이해하는 데 큰 도움이 될 것이다.

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com 

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