식물은 광합성을 통해 에너지를 생산하는 1차 생산자로 지구 생태계를 지탱한다. 우리는 고기를 먹든 밥을 먹든 간에 사실상 식물이 태양 에너지를 이용해서 만든 영양분을 간접 섭취하고 있다. 식물이 없다면 지구상 모든 동물은 살아갈 수 없을 것이다. 하지만 그렇다고 해서 모든 식물이 1차 생산자 역할만 하는 것은 아니다. 일부 식물은 부족한 영양소를 확보하기 위해 광합성을 하면서도 육식을 한다. 식충식물이 그 대표적 경우다. 그런데 사실 고기 대신 풀을 먹는 식물도 있다. 바로 기생식물이 그 주인공이다. 기생식물은 스스로 광합성을 하는 대신 다른 식물의 줄기와 뿌리에 파고들어 영양분을 가로채는 식물이다. 일부 기생식물은 그래도 일부 광합성 능력이 남아 있지만, 완전 기생식물은 광합성마저 포기하고 아예 전적으로 숙주의 영양분을 가로채며 살아간다. 이 경우 당연히 잎도 엽록소도 필요 없기 때문에 그 외형이 마치 버섯 같은 형태로 변한다. 버섯이 죽은 식물을 선호하는 것과 달리 기생식물은 살아 있는 식물을 선호하는 점에서 차이가 있지만, 처음 보면 그 외형을 구분하기 쉽지 않은 경우도 있다. 이런 기생식물 중 하나인 ‘발라노포라 푼고사’(Balanophora fungosa)는 오키나와 근처의 열대 일본 섬에서 숙주 식물에 기생해 살아간다. 외형은 마치 버섯 같지만, 식물이기 때문에 포자 대신 씨앗으로 번식한다. 그리고 이 씨앗을 퍼트리기 위해 열매도 존재한다. 이 열매는 일반적으로 개미, 귀뚜라미, 바퀴벌레 같은 곤충이 먹은 후 주변으로 씨앗을 뿌린다. 기생식물은 숙주를 찾는 것이 매우 중요하기 때문에 큰 열매를 몇 개 만드는 대신 작은 열매를 여러 개 만들어 기생 성공 확률을 높인다. 그런 만큼 보통 중간 매개 동물은 곤충처럼 작은 경우가 많다. 그러나 과학자들은 지금까지 발라노포라 푼고사의 중간 매개 동물을 확인하지 못했다. 일본 고베대학교 식물학자 스에츠구 겐지와 동료들은 카메라와 그물을 이용해서 누가 이 기생식물의 열매를 먹고 씨앗을 옮기는지 조사했다. 연구팀은 처음에 개미를 가장 유력한 후보로 생각했다. 그래서 개미는 통과할 수 있지만, 더 큰 동물을 통과하기 힘든 그물을 설치했다. 그러나 예상외로 개미를 포함해 어떤 동물도 그물을 통과하지 못했다. 이후 연구팀은 카메라를 설치한 후 오랜 시간 주변을 관찰했다. 그 결과 예상치 못한 동물이 다가와 이 기생식물에 단단히 붙어 있는 열매를 떼어 내 먹었다. 그 주인공이 바로 ‘육지 소라게’였다. 소라게는 단단한 집게발로 열매를 하룻밤 사이 다 떼어 내는 모습도 관찰됐다. 소라게는 ‘코에노비타 브레비마누스’(Coenobita brevimanus)라는 종으로 육지 소라게가 기생식물의 씨앗을 옮기는 경우는 이번에 최초로 보고됐다. 육지 소라게가 기생식물의 열매를 먹으면 이 과정에서 일부 열매는 소라게의 몸에 달라붙게 된다. 또 먹은 씨앗 중 일부도 소화관을 통과해 살아남기 때문에 느리게 움직이는 소라게이지만, 씨앗을 섬 곳곳에 널리 퍼트릴 수 있다. 이런 독특한 공생 관계는 섬이라는 특수 환경에서 진화한 것으로 생각된다. 하지만 전 세계 여러 섬들은 환경 파괴와 외래종 침입으로 인해 고유 생태계 보호가 쉽지 않은 상황이다. 이번에 발견된 소라게와 기생식물의 공생처럼 다른 지역에서는 볼 수 없는 섬세한 생태계를 보존하기 위해서 앞으로 세심한 관리와 검역, 보호가 필요하다.

제주도가 고향사랑기부제 전용 누리집을 개설하고 남방큰돌고래와 곶자왈 등 제주 생태계 보호를 위한 지정기부금 사업을 새롭게 선보인다. 제주도는 오는 24일부터 31일까지 고향사랑 신규 지정기부 사업에 10만원 이상 기부한 사람을 대상으로 경품 이벤트를 진행한다고 19일 밝혔다. 별도 신청 없이 자동으로 응모된다. 지정기부 사업은 ▲남방큰돌고래 보호 ▲제주시 곶자왈 보호 ▲서귀포시 곶자왈 보호 ▲노꼬메오름 곤충서식처 설치 등 4개다. 기부자는 이 가운데 하나를 선택해 참여할 수 있다. 제주도는 응모 조건을 충족한 기부자 가운데 무작위 추첨을 통해 50명을 선정해 지역 우수 답례품인 ‘풋귤 화장품 3종 세트’를 제공한다. 당첨자는 다음달 7일 개별 문자로 안내하며, 고향사랑e음과 제주 고향사랑기부제 전용 누리집에서도 확인할 수 있다. 경품은 당첨자 발표 후 7일 이내 기부 당시 등록한 주민등록 주소지로 발송된다. 10만원 이상 기부하면 세액공제와 답례품 혜택에 더해 ‘탐나는 제주패스’도 자동 발급된다. 패스를 이용하면 1년간 제주 주요 공영·민영 관광지를 무료 또는 할인된 가격으로 이용할 수 있으며, 한라산 탐방 예약 때 별도 정원을 활용할 수 있다. 도는 이번 전용 누리집 개설과 지정기부 사업을 통해 기부 참여를 확대하고, 지역 특산품인 풋귤 화장품을 알리는 등 지역경제 활성화에도 힘을 보탠다는 계획이다. 양기철 도 기획조정실장은 “제주의 청정한 자연을 지키는 지정기부 사업에 전국의 관심과 참여를 부탁드린다”며 “기부금은 남방큰돌고래와 곶자왈 등 제주의 소중한 생태계를 보전하는 데 투명하게 쓰겠다”고 말했다.

원래는 암컷 부르는 구애의 소리체온 15~18.5도 이상은 돼야 울어매미는 본래 밤에는 울지 않지만 빛 공해에 말매미 도심에서 요란 “여름이 뜨거워서/매미가 우는 것이 아니라/매미가 울어서/여름이 뜨거운 것이다/매미는 아는 것이다……울지 않으면 보이지 않기 때문에/매미는 우는 것이다.“ (안도현, ‘사랑’ 중에서) 평년보다 짧았던 여름 장마가 지난달 25~26일에 공식 종료됐다. 비가 그치기 무섭게 작열하는 햇빛, 가마솥 안을 방불케 하는 무더위와 함께 올해도 어김없이 매미는 요란스럽게 존재감을 드러내고 있다. 여름 곤충의 대명사인 매미가 지구에 등장한 것은 약 5억 5000만 년 전이다. 인류가 처음 지구상에 등장한 것이 500만~300만년 전이니 지구 역사로 따지자면 매미는 인간이 범접할 수 없을 정도의 선배다. 전 세계에 약 3000종의 매미가 살고 있다. 한국에는 털매미, 늦털매미, 참깽깽매미, 말매미, 유지매미, 참매미, 애매미, 쓰름매미, 소요산매미, 세모배매미, 호좀매미, 풀매미 12종이 산다. 북한 지역에만 서식하는 두눈박이좀매미와 국내 과수농가에 큰 피해를 주는 외래종 꽃매미도 있다. 물론 호주, 동남아시아, 아프리카, 남미 등 더운 지역에는 더 많은 종류의 매미들이 서식한다. 어떤 이에게는 여름의 낭만을 느끼게 하고 또 다른 이에게는 귀를 따갑게 하는 매미의 울음은 사실 수컷이 암컷에게 짝짓기를 요청하는 구애의 소리다. 암컷은 발음기관이 없어 울지 못한다. 매미 울음소리는 성충으로 한 달가량 짧은 시간 이내에 자기 유전자를 후세에 전달하기 위한 본능적 행동이다. 매미는 몸통 중간에 있는 진동막, 발음근, 공기주머니로 소리를 낸다. 발음근이 진동막을 빠르게 울려 소리를 만들기 때문에 진동막이 떠는 속도에 따라 울음소리는 달라진다. 복부 안에 있는 공기주머니는 진동막에 의해 소리를 증폭시키는 역할을 한다. 그래서 몸집이 클수록 울음소리는 크고 요란해진다. 매미의 형태는 종마다 다르기 때문에 울음소리도 달라 다른 종과의 짝짓기를 막는 역할도 한다. 매미가 울기 위해서는 온도와 빛이라는 두 가지 조건이 모두 맞아야 한다. 변온동물인 매미가 울기 위해서는 체온이 일정 온도 이상 돼야 한다. 체온이 낮으면 발성 기관이 제대로 작동하지 않아 울지 않는다. 울기에 적합한 체온 범위는 종에 따라 다른데 보통 15~18.5도 이상이면 매미가 울기 좋은 환경이 된다. 6월 초에 나타나는 털매미는 비교적 낮은 온도에서도 울 수 있다. 폭염이나 열대야가 심할 때 매미 소리가 유독 심한 것도 매미의 체온이 올라가 울기 좋은 환경이 되기 때문이다. 시적 표현을 허용한다면 매미는 여름의 전령사임은 분명하지만 과학적으로 접근한다면 여름이 더울수록 매미 소리는 더 시끄러워진다. 평년보다 선선한 여름이거나 밤 기온이 차가워지는 9~10월부터 매미 소리를 듣기 어려워지는 것도 이 때문이다. 원래 매미는 밤에 울지 않지만 도심지역에서 밤에도 매미 소리가 요란한 것은 빛 공해 때문이기도 하다. 시골보다 아파트가 밀집하고 빌딩이 많은 도심에 서식하는 말매미는 빛에 민감하기 때문에 불야성을 이루는 도심지역에서는 밤에도 울 수밖에 없다. 결국 지구온난화가 심해지면서 여름철 기온이 계속 높아지고 도심지역은 빛 공해까지 심하니, 매미들이 밤낮없이 시끄럽게 울 수 있는 최적의 조건을 갖추게 됐다는 게 전문가들의 진단이다.

서울 노원구는 여름방학을 맞아 어린이부터 청소년, 성인까지 온 가족이 함께 배우고 체험할 수 있는 체험형 여름방학 프로그램을 운영한다고 24일 밝혔다. 프로그램은 자연·과학·예술 등 다양한 관심사를 아우르는 체험형 콘텐츠로 구성됐다. ▲곤충 관찰 및 표본 만들기 ▲유리공예 제작 ▲천체망원경 조작 등 체험하며 배우는 프로그램을 노원 곳곳에서 만날 수 있다. 먼저 불암산 나비정원에서는 ‘세계의 잠자리 특별전’과 다양한 곤충 생태 프로그램을 운영한다. 특별전에서는 한국의 잠자리 표본 29종 84점과 세계의 잠자리 표본 24종 223점을 한자리에서 만나볼 수 있다. 야외에서 생물을 직접 관찰하는 ‘불암산 미니 바이오블리츠’와 물장군 표본을 직접 만들어보는 ‘곤충아카데미-물장군 표본교실’ 등 관찰과 체험도 있다. 운영 일정과 신청 방법은 서울시 공공서비스예약 홈페이지에서 확인할 수 있다. 불암산아트포레 갤러리에서는 기획전 ‘그늘에도 색이 있다’와 연계한 ‘유리공예 체험 프로그램’을 선보인다. 바다유리 키링과 모자이크 티코스터를 직접 만들어보며 유리공예를 체험할 수 있다. 프로그램은 7월 25일부터 8월 29일까지 토요일 총 4회 운영된다. 노원천문우주과학관에서는 어린이부터 성인까지 세대별로 즐길 수 있는 ‘과캉스’ 시리즈를 선보인다. 어린이들은 미션을 수행하며 과학관 곳곳을 탐험하는 ‘스탬프 투어’와 실험을 통해 과학 원리를 배우는 ‘과학탐구교실’을 즐길 수 있다. ‘가족천문교실’에서는 망원경의 구조를 배우고 직접 조립·조작해보며 청소년과 성인을 위한 ‘사이언스 무비데이’에서는 전문가와 함께 영화 속 숨은 과학 원리를 흥미롭게 알아본다. ‘스탬프 투어’는 7월 25일부터 8월 16일까지 현장 접수로 진행되며, 그 밖의 프로그램별 일정과 신청 방법은 노원천문우주과학관 홈페이지에서 확인할 수 있다. 노원수학문화관에서는 오는 25일부터 8월 7일까지 2주간 초등학생을 위한 ‘여름방학 프로그램’을 운영한다. 총 6개 클래스로 구성해 다양한 교구를 직접 조작하고 체험하며 수학적 원리를 쉽고 재미있게 익힐 수 있는 탐구 활동을 선보인다. 자세한 사항은 노원수학문화관 홈페이지에서 확인할 수 있다. 서준오 노원구청장은 “가족 모두가 일상 가까이에서 배움과 문화, 휴식을 함께 누리는 여름이 되길 바란다”고 말했다.

식용으로 허가받지 않은 곤충인 개미를 요리에 사용한 혐의로 재판에 넘겨진 미슐랭 2스타 레스토랑 대표에게 징역 1년이 구형됐다. 20일 연합뉴스 등에 따르면 서울서부지검은 서울서부지법 형사8단독 이세창 부장판사 심리로 열린 레스토랑 대표 A씨의 식품위생법 위반 혐의 공판에서 재판부에 징역 1년을 선고해달라고 요청했다. 이어 함께 재판에 넘겨진 레스토랑 운영 법인에 대해선 벌금 2000만원을 구형했다. A씨와 법인은 지난 2021년부터 미국과 태국에서 건조 상태의 개미 제품을 반입해 약 4년간 이 식당에서 판매하는 일부 요리에 얹어 제공한 혐의를 받는다. 식품위생법상 개미는 식용이 가능한 곤충 10종에 포함되지 않아 식품 원료로 사용할 수 없다. 검찰은 이 레스토랑이 개미를 이용한 셔벗을 1만 2200여 차례 판매해 1억 2000만원 상당 이익을 거둔 것으로 파악했다. 검찰은 음식에 사용된 개미가 약 4만 9000마리라고 판단했다. 이에 A씨 측은 공소사실 대부분을 인정했지만, 검찰이 음식에 사용됐다고 추정한 개미의 수가 사실과 다르다고 반박했다. A씨 측 서민석 변호사는 “개미를 거절하는 손님에겐 주지 않았다”며 “약 60%의 손님이 응했는데, 검찰은 손님 전부(가 응했다는 것을 전제)로 계산했다”고 강조했다. 이어 “개미가 올라가는 메뉴는 15가지 코스 요리 중 극히 일부”라며 “덴마크와 영국, 호주 등 여러 국가 레스토랑에선 개미를 식재료로 활용하고 있다”고 덧붙였다. A씨와 법인에 대한 선고는 오는 9월 2일 이뤄진다.

서울시는 여름방학을 맞아 초등학생들을 대상으로 도심 속 자연과 농업을 체험할 수 있는 ‘여름철 어린이 자연학교’를 운영한다고 19일 밝혔다. 오는 28일부터 8월 6일까지 서초구 내곡동 서울시농업기술센터에서 진행되는 이번 자연학교는 서울시 거주 초등학생 가족이면 누구나 참여할 수 있다. 참가자들은 약용식물과 허브 등 100여 종의 다양한 식물에 관해 설명을 듣고 관찰할 수 있다. 또 장수풍뎅이 등 다양한 곤충을 직접 보고 만지며 경험할 수 있도록 구성됐다. 반려식물 키우기, 우리 농산물(옥수수) 맛보기 등도 포함됐다. 시는 어린이들이 자연을 직접 보고, 만지고, 키우고, 맛보는 다양한 체험으로 친숙하게 접근할 기회가 될 것으로 기대한다. 참여를 원하면 20일부터 시농업기술센터 홈페이지를 통해 신청하면 된다. 선착순으로 진행되고 화·수·목 오전 9시 30분부터 12시까지 회당 25명씩 총 150명을 모집한다. 조상태 시농업기술센터 소장은 “여름방학 동안 가족과 함께 도심 속 자연에서 즐거운 추억을 만들고 생명과 환경의 가치를 배우는 뜻깊은 시간을 보내실 수 있길 바란다”고 밝혔다.

4~40도서 생존율 70% 이상 상승장 강화해 효소 생산 에너지 절감보충제 섭취량과 방어 효과 비례심각한 더위엔 환기·차광 더 중요 지구 온난화로 인해 여름 폭염, 겨울 한파가 매년 극단으로 치닫고 있다. 사람도 버티기 힘들지만 동물도 날씨의 변덕을 온몸으로 견뎌야 한다. 꿀벌의 경우 생체리듬과 서식 환경이 이상 고온과 한파 등 기후변화로 변하면서 폐사로 이어지곤 한다. 꿀벌은 날갯짓과 대사열, 물의 증발을 동원해 벌통 안을 34~36도로 정교하게 유지한다. 하지만 바깥 기온의 진폭이 조절 능력을 넘어서는 순간 극심한 열 스트레스에 노출된다. 이와 관련해 벌들의 장 건강을 챙겨주면 날씨 변화에 견디는 힘이 커진다는 연구 결과가 나왔다. 이란 자볼대 식물보호학과, 이란 축산과학 연구소 꿀벌연구과, 캐나다 앨버타대 생명과학과 공동 연구팀은 장 건강에 도움을 주는 유익균 프로바이오틱스와 유익균의 먹이가 되는 성분인 프리바이오틱스를 함께 먹인 꿀벌이 온도 스트레스에서 견디는 능력과 생존율이 높아졌다고 밝혔다. 이 연구 결과는 미국 공공과학도서관에서 발행하는 국제 학술지 ‘플로스 원’(7월 16일 자)에 실렸다. 연구팀은 갓 우화(羽化·날개가 없던 곤충의 애벌레나 번데기가 날개를 가진 성충으로 탈바꿈하는 과정)한 일벌들에게 젖산균, 비피더스균 등 6종을 복합한 프로바이오틱스와 치커리 뿌리에서 추출한 프리바이오틱스 이눌린을 21일 동안 먹였다. 보충제 농도는 2.5~10g/ℓ까지 단계별로 나눠 투입했다. 이후 벌들을 4도, 15도, 35도, 40도에서 최대 열흘 동안 노출했고, 생존율과 항산화효소 활성을 측정했다. 극한 저온인 4도에서 아무것도 섭취하지 않은 꿀벌은 실험 종료 시점에 이를수록 빠르게 대부분 죽었지만 7.5g/ℓ 이상 고용량을 섭취한 꿀벌의 생존율은 70% 이상이었다. 중간 정도 저온인 15도에서는 최대 용량인 10g/ℓ을 섭취한 꿀벌들은 실험 종료 시점까지 80%가 넘는 생존율을 보였다. 연구팀에 따르면 보충제 농도가 높을수록 방어 효과가 커지는 소위 ‘용량 의존적 경향’도 나타났다. 온도 스트레스를 받으면 벌 몸속에서는 활성산소가 늘고 이를 없애기 위해 카탈라아제·초과산화물 불균등화효소 같은 항산화효소를 동원한다. 보충제를 섭취하지 않은 벌들은 이 효소들의 활성이 크게 치솟았지만 보충제를 먹은 개체들은 오히려 효소 활성이 뚝 떨어졌다. 고온인 40도에서 일반 꿀벌은 보충제를 섭취한 꿀벌과 비교해 아스코르브산 과산화효소 활성이 2배 가까이 치솟았다. 유익균이 장 속에서 활성산소를 미리 제거하고 장벽을 튼튼하게 해준 덕에 벌의 몸이 효소를 쥐어짜낼 필요 자체를 줄인다. 효소를 만들어 유지하는 데 드는 막대한 에너지를 아낌으로써 스트레스 대응에 대한 부담을 줄였다는 것이다. 물론 유산균이 더위나 추위를 견디게 하는 데 만능은 아니었다. 40도의 극한 고온을 넘어서는 경우는 보충제 섭취 여부를 떠나 벌들은 사흘 내에 대부분 죽어버렸다. 고온이 단백질을 변성시키고 효소를 망가뜨리는 등 직접적 세포 손상을 가해 장 건강이 주는 이점을 압도한다는 것을 의미한다. 연구팀은 심각한 더위에는 영양 보충보다 벌통 환기, 차광 같은 물리적 대응이 1차 방어선이어야 한다고 설명했다. 연구를 이끈 나즈메 사헤브자데 이란 자볼대 교수는 “이번 연구는 벌의 장내 미생물을 돌보는 일이 기후변화로 인한 벌의 폐사를 막는 새로운 열쇠가 될 수 있음을 보여준다”고 말했다.

올여름은 예년보다 훨씬 무더울 것이라는 경고가 나오고 있다. 사람도 견디기 어려울 정도의 가마솥더위가 스스로 체온을 조절하지 못하는 변온동물들에게 종의 존속을 뒤흔드는 치명적 재앙으로 다가오고 있다. 단순한 더위로 인한 폐사를 넘어 곤충의 짝짓기 본능과 화학적 소통 체계마저 완전히 교란돼 동성들끼리 짝짓기를 시도하는 현상까지 벌어지고 있다고 밝혀졌다. 영국 세인트 앤드루스대 연구팀은 지구 온난화로 인한 열 스트레스가 수컷 송장벌레 간 동성 상호작용 발생을 증가시킨다고 10일 밝혔다. 통제 조건하에서도 상당한 빈도의 수컷 간 접촉이 발생한다는 사실도 확인됐다. 이 연구 결과는 이탈리아 피렌체에서 7~9일 열리는 ‘실험생물학 2026 컨퍼런스’에서 발표됐다. 기후 변화로 인한 온도 변화는 이미 일부 야생 동물 종을 생리적 한계로 몰아넣고 있으며 물고기, 파충류와 대부분 무척추동물과 같은 변온동물에게 치명적이다. 열 스트레스는 생리학뿐만 아니라 사회 및 번식 행동에도 영향을 미치고 있다. 그렇지만 인과 관계는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 연구팀은 송장벌레의 일종인 무늬송장벌레를 이용했다. 새나 설치류 같은 작은 척추동물의 사체를 땅에 묻고 협력해 유충에게 먹이를 주고 천적으로부터 새끼들을 보호하는 정교한 부모 돌봄 시스템을 갖추고 있다. 평균 20도의 통제 조건과 3일 동안 26도의 모의 폭염 상황에서 벌레들이 얼마나 자주, 오래 동성 짝짓기 행동을 하는지 관찰했다. 이후 곤충의 표피에서 표피 탄화수소(CHCs)를 추출해 가스 크로마토그래피-질량 분석기를 이용해 분석했다. 표피 탄화수소(CHCs)는 곤충에게 두 가지 매우 중요한 기능을 제공한다. 하나는 뜨겁고 건조한 환경에서 수분 손실과 탈수를 막기 위해 큐티클을 방수 처리하는 것이고 다른 하나는 짝을 식별하고 성별을 구분하는 데 사용되는 개체 간 화학적 의사소통 기능이다. 그 결과, 열 스트레스가 심해질수록 동성 간 성적 행동이 증가하는 것으로 나타났다. 성별 인식 외에도 표피 탄화수소 기반의 의사소통을 보더라도 온난화로 인한 폭염 때문에 오인 현상이 나타날 수 있다고 연구팀은 밝혔다. 이런 오인은 장기적 번식 성공에 치명적 결과를 초래할 수 있다. 연구를 이끈 솔렌 모렐 연구원은 “이번 연구 결과는 열에 의해 유발된 표피 탄화수소 프로파일 변화가 행동 및 번식 결과를 바꿀 수 있음을 보여준다”라고 설명했다.

곤충은 지구상에서 가장 많고 다양한 동물로 꼽힌다. 과학자들이 정식으로 이름을 붙이고 다른 사람이 식별할 수 있도록 한 곤충은 120만 종이다. 전문가들은 지구 전체 곤충 종 수를 600만 종으로 추정했으며 이 수치는 지난 40년 동안 표준으로 통용됐다. 그런데 이렇게 다양한 무리의 실제 규모가 그동안 알려진 것보다 두세 배 더 클 수 있다는 연구 결과가 나와 놀라움을 안긴다. 미국, 캐나다, 대만, 코스타리카, 영국, 태국, 프랑스 7개국 공동 연구팀은 전 세계 곤충 종(種)에 대해 새로 추정치를 계산한 결과 기존에 생각했던 것보다 800만에서 1400만 종이 더 존재할 가능성이 있으며 지금까지 발견된 것은 극소수에 불과하다고 4일 밝혔다. 이번 연구에는 미국 코네티컷대, 콜로라도대 자연사박물관, 코넬대, 펜실베이니아대, 로스앤젤레스 카운티 자연사박물관, 렉싱턴 벌목 연구소, 켄터키대, 캐나다 겔프대, 국립 곤충 보관소, 대만 국립칭화대 통계연구소, 코스타리카 몬테베르데 연구소, 코스타리카공과대, 영국 플리머스대, 태국 쭐랄롱꼰대, 프랑스 소르본대 생물학자, 통계학자, 곤충학자 등이 참여했다. 이번 연구 결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제 학술지 ‘PNAS’ 6월 30일 자에 실렸다. 연구팀은 코스타리카 북서부 ‘과나카스테 보전지역’(ACG)에서 수행된 집중 곤충 채집 데이터를 활용했다. ACG는 16만 9000㏊에 이르는 보호구역으로 해발 300m의 태평양 쪽 저지대 건조림부터 해발 1300m의 중간 고도 운무림을 거쳐 해발 575m의 카리브해 쪽 저지대 열대우림까지 약 100㎞에 걸쳐 다양한 기후대의 환경을 품고 있다. 연구팀은 우선 ACG에 5년 동안 설치한 15개의 말레이즈 트랩에서 잡은 163만 3855마리의 곤충 표본을 전부 DNA 바코딩했다. DNA 바코딩은 DNA의 짧은 염기서열을 분석해 고유한 종을 판별하는 기술이다. 이를 통해 핵심 말레이즈 트랩에서 5만 4000종에 가까운 곤충이 확보됐다. 최종 종합한 결과 1414종의 고치벌아과 벌이 확인됐다. 이어 통계 기법을 사용해 ACG에서 탐지된 고치벌아과 벌의 수와 잠재적으로 탐지되지 않은 벌 수 사이의 비율을 도출했다. 이 비율을 전체 곤충인 5만 4000종에 적용한 결과 ACG 내 서식하는 모든 곤충의 실제 추정 종수는 약 33만 3000종으로 추정됐다. 연구팀은 전 세계 곤충 종 수를 추정하기 위해 전 세계 수목 종의 추정치인 약 7만 3000종과 ACG 내 수목 종의 추정치인 1200~1500종 사이의 비율을 구했다. 또 포유류, 양서류, 산누에나방과에 대해서도 동일한 비율을 계산했다. 이 수목 비율을 ACG의 추정 곤충 수인 33만 3000종에 적용한 결과 전 세계 곤충 종 수의 범위를 최종적으로 1400만~2000만 종으로 추산했다. 최근 여러 보고서는 인간 활동으로 인해 전 세계 곤충이 급격히 폐사하는 ‘곤충 대멸종’ 상황에 직면했다고 경고하고 있다. 연구팀에 따르면 이번에 새롭게 밝혀진 전 세계 곤충 수 추정치는 살아남은 곤충들을 보호하기 위한 중요한 단계가 될 것이다. 연구를 이끈 멜리사 구즈만 미국 코넬대 곤충학 교수는 “존재 자체를 모르는 종은 보호할 수 없기 때문에 곤충 종의 추정치가 알려진 것보다 두세 배로 늘어난다는 것은 지구 생물다양성의 규모와 풍부함, 보존을 위한 노력에 큰 의미를 갖는다”고 밝혔다.

티라노사우루스는 크고 강력한 턱과 날카로운 이빨 못지않게 이상할 정도로 짧은 앞다리를 지니고 있다. 과학자들은 이 짧은 앞다리의 용도를 두고 갑론을박을 벌이고 있는데, 최근에는 그 자체로 기능이 있는 게 아니라 거대한 턱에 공격력을 모아주는 과정에서 생긴 2차적 변화라는 주장도 지지를 받고 있다. 하지만 앞다리가 작아진 공룡은 티라노사우루스만이 아니다. 소형 수각류 공룡인 알바레즈사우루스류(alvarezsauroids) 역시 매우 독특하고 짧은 앞다리를 지니고 있다. 이들은 몸집에 비해 앞다리가 극도로 짧고 손가락의 수도 한두 개로 축소되어 있는 대신, 굵고 튼튼한 뼈와 커다란 발톱을 보유하고 있어 티라노사우루스의 앞다리와는 또 다른 특징을 보여준다. 알바레즈사우루스의 앞다리가 짧아진 것은 쓸모가 없어서가 아니라 특수 용도로 쓰기 위해 진화된 결과라는 점을 시사하는 대목이다. 이 짧고 강력한 앞다리의 용도를 밝히기 위해 최근 리버풀 대학의 리드햄이 이끄는 브리스톨, 버밍엄, 리버풀 대학 공동 연구팀은 알바레즈사우루스의 생체역학적 능력을 자세히 분석했다. 연구팀은 알바레즈사우루스류의 앞다리가 땅이나 나무를 파헤치는 데 사용되었을 것이라는 가설을 검증하기 위해 화석의 CT 스캔 이미지를 기반으로 두 종의 3차원 디지털 모델을 제작했다. 연구 대상은 고도로 전문화된 형태를 띤 모노니쿠스(Mononykus)와 그보다 앞선 시기에 분화되어 상대적으로 긴 앞다리를 가졌던 반니쿠스(Bannykus)이다. 연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 어깨와 팔꿈치 관절의 가동 범위를 측정하고, 근육이 관절을 회전시키는 효율성을 나타내는 ‘모멘트 팔(moment arm)’ 값을 계산하여 이를 땅을 파는 데 앞발을 사용하는 현대 포유류의 데이터 세트와 비교 분석했다. 그 결과 알바레즈사우루스류의 앞다리 구조는 현대의 굴착 동물들이 보여주는 근육 활용 방식과 매우 유사한 경향을 나타냈다. 이는 이들이 단순히 둥지를 만드는 용도가 아니라, 흰개미나 개미 둥지 또는 나무 속의 애벌레를 파헤치기 위해 앞다리를 사용했을 것이라는 가설을 강력하게 뒷받침한다. 특히 초기 알바레즈사우루스 공룡인 반니쿠스는 앞다리의 기능이 비교적 다양하고 범용적이었던 반면, 훨씬 후에 나타난 모노니쿠스는 더욱 제한적이고 전문화된 굴착 동작에 최적화된 모습을 보여 시기에 따라 알바레즈사우루스류가 개미나 흰개미를 전문적으로 섭취하는 방향으로 고도로 전문화되었음을 시사한다. 흥미롭게도 알바레즈사우루스가 개미핥기와 비슷한 형태로 진화한 것은 개미나 흰개미가 진화해서 빠르게 확산된 백악기 후기다. 먹이가 되는 곤충이 먼저 진화하고 개체 수가 크게 늘어나자 공룡이 현대의 개미핥기와 유사하게 수렴 진화해 비슷한 생태적 지위를 차지했을 가능성을 보여준다. 공룡이라고 하면 우리는 풀이나 나무를 먹는 초식공룡과 그 초식공룡을 잡아먹는 육식공룡을 떠올린다. 하지만 현재 생태계도 사슴과 호랑이만 있는 게 아닌 것처럼 당시에도 매우 다양한 형태의 공룡과 다른 생물들이 복잡한 생태계를 구성했다. 알바레즈사우루스의 작은 앞다리는 이를 보여주는 좋은 증거다.

날씨가 더워지면 파리와 모기가 기승을 부린다. 파리 중에는 모기처럼 척추동물의 피를 빨아먹는 흡혈성 종(種)이 있다. 외국 사례들만 주로 알고 있지만 국내에서도 사람이나 가축을 공격해 피해를 주는 종들이 있다. 한국에서 오래전부터 서식해 온 자생종인 먹파리와 흡혈 곤충 중 가장 작은 등애모기가 있으며 가축의 피를 빨아 직접적인 스트레스를 유발하고 가축 질병을 매개하는 침집파리 등이 대표적이다. 영국 웨일스 에버리스트위스대, 이탈리아 피렌체대 공동 연구팀은 흡혈성 기생 파리 중 일부는 숙주를 찾아 정착한 뒤 비행 능력은 물론 시각 민감도까지 잃는다고 밝혔다. 이는 생활 방식의 변환이 곤충의 감각 우선순위에도 변화를 일으킨다는 것을 의미한다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제 학술지 ‘실험생물학 저널’ 6월 1일 자에 실렸다. 사슴파리는 유라시아, 아프리카, 미주 등 전 세계 대부분 지역에 분포하는 흡혈파리다. 주된 숙주는 사슴이지만 드물게 사람이나 다른 포유류에 달라붙기도 한다. 사슴파리는 독특하게 숙주에 내려앉고 나면 날개를 떼어내고 남은 생애 동안 털 속을 기어 다니며 피를 빨아 먹는 것으로 알려졌다. 연구팀은 사슴파리를 생활사의 여러 단계별로 분석했다. 연구팀은 숙주를 찾아 날아다니다 비행 중에 포획된 날개 달린 성충과 기생 생활로 전환한 뒤 사슴에게서 채집한 날개 없는 성충을 비교했다. 특히 연구팀은 시각 민감도를 좌우하는 유전자 ‘옵신’에 주목했다. 곤충이 날개를 떼어내기 전과 후의 옵신 활성을 비교해 파리의 감각 체계가 갑작스러운 생활 방식 전환에 어떻게 반응하는지 알아봤다. 연구 결과, ‘숙주에 정착’이라는 극적 생활 방식의 전환이 곤충의 감각 우선순위에 일어나는 변화를 동반하는 것으로 나타났다. 사슴파리는 영구적 기생 생활에 더 적합한 기능에 에너지를 아껴 쓰기 위해 시각에 쓰이던 자원을 다른 곳으로 돌린다는 말이다. 시각은 동물의 행동에서 매우 중요한 역할을 하지만 동시에 에너지 소모가 큰 기능이다. 진화는 동물의 생활 방식에 효율적으로 들어맞는 감각 체계를 선호하기 때문에 어떤 흡혈파리는 시각에 크게 의존하는 반면 어떤 종은 숙주에 영구히 붙어 살며 시각이 거의 필요하지 않다. 연구팀에 따르면 사슴파리의 시각 체계는 체체파리와 매우 비슷하다. 체체파리는 아프리카에서 포유류 숙주에 붙어 수면증을 유발하는 것으로 잘 알려져 있다. 사슴파리는 날개를 잃고 외부기생충이 되고 나면 옵신 유전자의 활성이 이전의 절반 수준으로 줄어든다. 이는 사슴파리가 시각을 완전히 잃는다는 의미가 아니라 소화나 번식 같은 기능에 쓸 에너지를 아끼기 위해 시각을 희생해 시각 민감도가 낮아진다는 말이다. 연구를 이끈 로저 상테르 영국 에버리스트위스대 교수(동물학)는 “이번 연구 결과는 기생생물이 중대한 생활 방식 변화를 겪는 동안 자신의 감각 체계를 어떻게 정교하게 조정하는지에 대한 새로운 통찰을 제공한다”며 “흡혈파리들이 감각을 어떻게 조절하는지에 대한 이해가 깊어지면 더 효과적인 감시와 방제 전략을 마련하는 데 도움이 될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

1862년, 찰스 다윈은 마다가스카르 섬에서 자생하는 별난초(Angraecum sesquipedale)를 관찰한 후 한 가지 예측을 내놓았다. 이 꽃의 꽃관(nectar spur)이 매우 긴 점을 고려할 때, 그 깊숙한 곳의 꿀에 닿을 수 있는 30cm 길이의 주둥이를 가진 곤충이 존재할 것이라고 본 것이다. 다윈은 긴 꽃관을 지닌 꽃이 혼자 진화할 수 없고 반드시 꽃가루를 옮겨 주는 곤충과 함께 진화할 수밖에 없다고 판단했다. 하지만 마다가스카르 숲속 어딘가에 주둥이가 30cm나 되는 미지의 곤충이 존재할 것이라는 주장은 당시에는 터무니없는 상상으로 여겨졌다. 실제로 이런 나방이 발견되면서 다윈의 예측이 옳았다는 것이 증명된 것은 그가 세상을 떠난 후인 1903년이었다. 이 나방은 그의 이름을 기려 다윈 박각시나방(학명 Xanthopan praedicta)으로 불린다. 다윈 핀치가 먹이에 따른 생물의 다양한 진화를 보여주는 사례라면 다윈 박각시나방은 생물이 함께 진화해 나가는 공진화(co-evolution)의 대표적 사례로 거론된다. 동시에 이는 진화적 군비 경쟁의 사례이기도 하다. 우선 꽃이 꽃가루를 많이 옮기게 하려고 깊은 곳에 꿀을 숨기면 나방이 더 깊은 곳의 꿀을 먹으려고 주둥이를 길게 진화시키고 다시 식물이 꽃관을 길게 만드는 식의 과정이 반복됐기 때문이다. 이제는 둘 다 너무 길어져 서로 없이는 살 수 없는 극단적인 의존 관계가 됐다. 이는 유명한 사례이지만, 정작 나방의 주둥이 진화 과정에 대해서는 알려진 바가 적었다. 최근 플로리다 박물관의 맥과이어 나비 및 생물다양성 센터 소장이자 연구의 주도자인 아키토 카와하라(Akito Kawahara) 교수와 크리스티안 코치(Christian Couch) 박사가 이끄는 연구팀은 박각시나방의 주둥이 진화 과정을 상세히 연구했다. 연구팀은 전 세계 1600여 종의 박각시나방 중 약 20%에 해당하는 300개 이상의 표본을 선정했다. 이어 이 나방들의 DNA 염기서열을 분석하여 유전 계통도를 구축한 후, 박물관에 보관된 표본의 말려 있는 주둥이를 용액에 담가 펴고 자로 측정하는 과정을 통해 데이터를 수집했다. 연구팀은 나방 혀 길이가 1.27cm 미만인 종은 성충이 되어 먹이를 섭취하지 않는 ‘비섭취종’으로 분류했다. 꿀을 섭취하기에는 주둥이의 길이가 짧기 때문이다. 그 결과, 초기 박각시나방과 가장 가까운 친척인 야생 누에나방과(Saturniidae)의 대부분의 종이 성충이 되면 먹이를 먹지 않고 짝짓기와 산란 후 죽는다는 사실이 확인됐다. 이는 애벌레 시기에 축적한 에너지로만 생존하는 전략이다. 그러나 약 4400만 년 전, 박각시나방 계통에서 성충이 먹이를 섭취하기 시작하는 변화가 나타났다. 먹이를 먹을 수 있게 된 성충은 생존 기간이 늘어나 짝짓기 기회를 늘리고 더 많은 알을 낳을 수 있는 진화적 이점을 얻었다. 이 특징은 빠르게 확산됐지만, 진화는 단순한 직선 경로가 아니었다. 많은 종이 먹이를 먹지 않는 상태에서 먹이를 먹는 상태로, 다시 먹이를 먹지 않는 상태로 여러 차례 전환했다. 환경에 따라 변화를 거듭한 셈인데, 이러한 전환은 진화적 시간 척도에서 보면 매우 짧은 500만 년 만에 일어나기도 했다. 나방이 긴 주둥이를 얻거나 잃는 구체적인 원인은 아직 완전히 규명되지 않았으나, 연구팀은 빠른 전환의 메커니즘에 대한 단서를 발견했다. 긴 주둥이를 가진 박각시나방은 입안의 복잡한 근육을 이용해 주둥이를 펴고 꿀을 빨아먹는다. 흥미롭게도 먹이를 먹지 않는 종들도 기능적인 입 부분이 없더라도 이 근육 구조를 그대로 유지하고 있는 것으로 나타났다. 이는 환경이 변해 다시 긴 주둥이가 필요할 때, 이미 갖춰진 해부학적 기반 덕분에 진화가 매우 빠르게 일어날 수 있게 해주는 ‘진화적 준비 상태’를 제공한다. 덕분에 다윈 박각시나방처럼 주둥이가 짧은 조상에서 극단적인 길이를 지닌 후손이 등장할 수 있는 셈이다. 연구팀은 박각시나방이 단순히 긴 혀를 가진 종과 짧은 혀를 가진 종으로 나뉘는 것이 아니라, 환경 압력에 따라 먹이 섭취 전략을 유연하게 바꾸며 진화해 왔음을 확인했다. 열대 지역에 서식하는 종들은 특정 식물과의 밀접한 관계를 유지하며 긴 혀를 진화시켰지만, 온대 지역이나 다른 환경에서는 먹이를 먹지 않는 일반주의자 전략을 택하기도 했다. 박각시나방은 공진화나 진화적 군비 경쟁 못지않게 진화의 다양성을 보여주는 사례인 셈이다. 이런 다양한 적응 능력이야말로 이 세상의 수많은 생물종이 진화를 통해 나타났다는 다윈의 주장을 뒷받침하는 것이기도 하다.

자취를 하거나 혼자 사는 사람들은 끼니를 간단히 때우기 위해 라면이나 빵, 밥 같은 탄수화물 중심의 식사를 하는 경우가 많다. 그렇게 며칠 동안 탄수화물만 먹으면 어느 순간 갑자기 고기 생각이 간절해질 때가 있다. 기분 탓일 수도 있겠지만 생리학적으로 인체가 단백질 부족 신호를 만들어 뇌로 보내기 때문이다. 문제는 고기를 먹으라는 신호가 어디서 만들어져 어떤 경로를 따라 뇌로 전달되는지 명확히 밝혀지지 않았다는 점이다. 이런 상황에서 한국 과학자가 중심이 된 연구팀이 신호 경로를 찾아냈다. 카이스트, 기초과학연구원(IBS), 광주과학기술원(GIST), 이화여대, 서울대, 일본 오사카 공립대(OMU) 공동 연구팀은 단백질이 부족할 때 동물이 본능적으로 단백질이 풍부한 음식을 찾는 현상의 분자-신경 회로를 밝혀냈다. 연구팀이 밝혀낸 회로는 단백질이라는 큰 범주가 아닌 단백질 기본 단위인 필수아미노산(EAA)만 골라 먹게 하는 정교한 네트워크라는 점에서 주목받고 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 5월 22일 자에 실렸다. 필수아미노산은 체내에서 합성되지 않아 반드시 음식으로 섭취해야 한다. 결핍 시 근육 감소, 면역 약화, 성장 지연 등이 나타나기 때문에 동물은 단백질을 보충하려는 행동을 보인다. 사람은 류신, 라이신, 트립토판 등 9종, 초파리 같은 동물은 10종이 여기에 해당한다. 단백질 특이 식욕은 오래전부터 관찰됐지만 부족 신호의 시작과 경로는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 초파리의 장 앞부분 R2라는 장상피세포가 단백질 결핍 시 ‘CNMa’라는 신경펩타이드를 분비한다는 사실을 확인하고 2021년 과학 저널 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 이번 연구는 CNMa가 결합하는 수용체 CNMaR의 기능을 추적해 장-뇌 신호 전달 회로의 전체 그림을 완성했다. 장이 뇌에 보내는 ‘단백질 부족’ 신호연구팀은 신경세포 작동 방식을 파악하기 위해 초파리로 실험했다. 특정 신경세포에서만 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜 빛을 비추면 해당 신경세포가 켜지고 꺼질 수 있도록 초파리의 유전자를 조작했다. 그 다음 초파리에게 영양가가 있는 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산을 같이 주고 어느 쪽을 더 먹는지 확인했다. 또 초파리에서 발견한 원리를 포유류, 나아가 사람에게도 적용할 수 있는지 확인하기 위해 생쥐에게도 똑같은 방식으로 실험했다. 연구 결과, CNMa 신호가 두 개의 평행한 경로로 뇌에 전달된다는 점을 밝혀냈다. 우선 빠른 신경 경로다. 장의 CNMaR 발현 신경세포가 CNMa를 감지하면 아세틸콜린을 신경전달물질로 사용해 EB R3m 뉴런에 즉시 신호를 보낸다. 장과 뇌가 연결된 채 적출한 표본에서 장 신경세포를 인위적으로 활성화하면 뇌 R3m 뉴런이 즉각 반응하고 장-뇌 연결을 끊으면 반응이 사라지는 것을 확인했다. 또 하나는 느린 호르몬 경로로 장 상피세포가 만든 CNMa 일부는 곤충 체액인 혈림프로 분비돼 뇌까지 순환된 다음 R3m 뉴런의 수용체와 결합한다. 빠른 신경 신호로 시작된 식욕을 호르몬 신호가 장시간 유지, 증폭시키는 구조다. 여기에 더해 장 신경세포가 다시 장 상피세포에 신호를 보내 CNMa 생산을 늘리는 양성 피드백 회로까지 작동한다. 단백질이 충분히 보충될 때까지 신호가 꺼지지 않도록 설계된 셈이다. 단백질 먹을 땐 ‘단것’ 먹기 싫어진다또 연구팀은 같은 CNMa-CNMaR 결합이 뇌의 부위에 따라 정반대 효과를 낸다는 사실도 밝혀냈다. EB R3m 뉴런에서는 CNMaR이 Gs 단백질과 결합해 신경세포를 활성화함으로써 필수아미노산 섭취를 늘렸다. 반면 당의 영양가를 감지하는 DH44 뉴런에서는 같은 수용체가 Gi 단백질과 결합해 신경세포를 억제함으로써 당 섭취를 줄였다. 똑같은 메신저가 같은 우편함에 도착해도 뒤편에 어떤 신호 단백질이 연결돼 있느냐에 따라 신경세포가 커지기도 꺼지기도 하는 것이다. 이런 정교한 분자 논리구조 때문에 단백질이 부족한 상태에서는 단백질이 든 음식만 선택적으로 더 먹고 당은 덜 먹어, 한정된 위장 용량 안에서 부족한 영양소를 효율적으로 보충할 수 있게 된다. 연구팀은 이 원리가 포유류에게도 똑같이 작동한다는 점을 확인했다. 단백질이 부족한 식사를 7일 동안 공급한 생쥐에게 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산, 비필수아미노산 용액 중 어떤 것을 섭취하는지 살펴보는 실험을 했다. 그 결과 생쥐들도 영양가 있는 L형 필수아미노산 용액을 선택적으로 더 자주 핥는 것이 관찰됐다. 단백질 선택적 섭취 반응은 기존에 알려진 단백질 식욕 호르몬 ‘FGF21’과 독립적으로 작동하는 것도 확인했다. 연구팀은 FGF21 유전자를 제거한 생쥐와 간에서만 FGF21을 제거한 생쥐 모두에서 필수아미노산에 대한 선택적 식욕은 그대로 유지됐다. 비만·식이장애·노인 근감소증 치료 단서서성배 IBS 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 단장은 “이번 연구는 동물이 배고프다를 넘어 어떤 영양소가 부족한지를 구분해 감지하고 각 영양소마다 별도의 신경회로로 대응한다는 사실을 세포 단위에서 처음 입증했다는 데 의미가 있다”며 “이번에 발견한 원리는 진화적으로 곤충에서 포유류까지 보존되어 있는 것으로 확인된 만큼 사람에게도 유사한 회로가 작동할 가능성이 크다”고 말했다. 서 단장은 “이번 연구 결과를 바탕으로 단백질 섭취가 부족하기 쉬운 노년층의 근감소증, 영양 균형이 깨진 비만, 식이장애 등의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.

자취를 하거나 혼자 사는 사람들은 끼니를 간단히 때우기 위해 라면이나 빵, 밥 같은 탄수화물 중심의 식사를 하는 경우가 많다. 그렇게 며칠 동안 탄수화물만 먹으면 어느 순간 갑자기 고기 생각이 간절해질 때가 있다. 기분 탓일 수도 있겠지만 생리학적으로 인체가 단백질 부족 신호를 만들어 뇌로 보내기 때문이다. 문제는 고기를 먹으라는 신호가 어디서 만들어져 어떤 경로를 따라 뇌로 전달되는지 명확히 밝혀지지 않았다는 점이다. 이런 상황에서 한국 과학자가 중심이 된 연구팀이 신호 경로를 찾아냈다. 카이스트, 기초과학연구원(IBS), 광주과학기술원(GIST), 이화여대, 서울대, 일본 오사카 공립대(OMU) 공동 연구팀은 단백질이 부족할 때 동물이 본능적으로 단백질이 풍부한 음식을 찾는 현상의 분자-신경 회로를 밝혀냈다. 연구팀이 밝혀낸 회로는 단백질이라는 큰 범주가 아닌 단백질 기본 단위인 필수아미노산(EAA)만 골라 먹게 하는 정교한 네트워크라는 점에서 주목받고 있다. 이 연구 결과는 과학 저널 ‘사이언스’ 5월 22일 자에 실렸다. 필수아미노산은 체내에서 합성되지 않아 반드시 음식으로 섭취해야 한다. 결핍 시 근육 감소, 면역 약화, 성장 지연 등이 나타나기 때문에 동물은 단백질을 보충하려는 행동을 보인다. 사람은 류신, 라이신, 트립토판 등 9종, 초파리 같은 동물은 10종이 여기에 해당한다. 단백질 특이 식욕은 오래전부터 관찰됐지만 부족 신호의 시작과 경로는 밝혀지지 않았다. 연구팀은 초파리의 장 앞부분 R2라는 장상피세포가 단백질 결핍 시 ‘CNMa’라는 신경펩타이드를 분비한다는 사실을 확인하고 2021년 과학 저널 ‘네이처’에 발표한 바 있다. 이번 연구는 CNMa가 결합하는 수용체 CNMaR의 기능을 추적해 장-뇌 신호 전달 회로의 전체 그림을 완성했다. 장이 뇌에 보내는 ‘단백질 부족’ 신호연구팀은 신경세포 작동 방식을 파악하기 위해 초파리로 실험했다. 특정 신경세포에서만 빛에 반응하는 단백질을 발현시켜 빛을 비추면 해당 신경세포가 켜지고 꺼질 수 있도록 초파리의 유전자를 조작했다. 그 다음 초파리에게 영양가가 있는 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산을 같이 주고 어느 쪽을 더 먹는지 확인했다. 또 초파리에서 발견한 원리를 포유류, 나아가 사람에게도 적용할 수 있는지 확인하기 위해 생쥐에게도 똑같은 방식으로 실험했다. 연구 결과, CNMa 신호가 두 개의 평행한 경로로 뇌에 전달된다는 점을 밝혀냈다. 우선 빠른 신경 경로다. 장의 CNMaR 발현 신경세포가 CNMa를 감지하면 아세틸콜린을 신경전달물질로 사용해 EB R3m 뉴런에 즉시 신호를 보낸다. 장과 뇌가 연결된 채 적출한 표본에서 장 신경세포를 인위적으로 활성화하면 뇌 R3m 뉴런이 즉각 반응하고 장-뇌 연결을 끊으면 반응이 사라지는 것을 확인했다. 또 하나는 느린 호르몬 경로로 장 상피세포가 만든 CNMa 일부는 곤충 체액인 혈림프로 분비돼 뇌까지 순환된 다음 R3m 뉴런의 수용체와 결합한다. 빠른 신경 신호로 시작된 식욕을 호르몬 신호가 장시간 유지, 증폭시키는 구조다. 여기에 더해 장 신경세포가 다시 장 상피세포에 신호를 보내 CNMa 생산을 늘리는 양성 피드백 회로까지 작동한다. 단백질이 충분히 보충될 때까지 신호가 꺼지지 않도록 설계된 셈이다. 단백질 먹을 땐 ‘단것’ 먹기 싫어진다또 연구팀은 같은 CNMa-CNMaR 결합이 뇌의 부위에 따라 정반대 효과를 낸다는 사실도 밝혀냈다. EB R3m 뉴런에서는 CNMaR이 Gs 단백질과 결합해 신경세포를 활성화함으로써 필수아미노산 섭취를 늘렸다. 반면 당의 영양가를 감지하는 DH44 뉴런에서는 같은 수용체가 Gi 단백질과 결합해 신경세포를 억제함으로써 당 섭취를 줄였다. 똑같은 메신저가 같은 우편함에 도착해도 뒤편에 어떤 신호 단백질이 연결돼 있느냐에 따라 신경세포가 커지기도 꺼지기도 하는 것이다. 이런 정교한 분자 논리구조 때문에 단백질이 부족한 상태에서는 단백질이 든 음식만 선택적으로 더 먹고 당은 덜 먹어, 한정된 위장 용량 안에서 부족한 영양소를 효율적으로 보충할 수 있게 된다. 연구팀은 이 원리가 포유류에게도 똑같이 작동한다는 점을 확인했다. 단백질이 부족한 식사를 7일 동안 공급한 생쥐에게 L형 필수아미노산과 영양가 없는 D형 필수아미노산, 비필수아미노산 용액 중 어떤 것을 섭취하는지 살펴보는 실험을 했다. 그 결과 생쥐들도 영양가 있는 L형 필수아미노산 용액을 선택적으로 더 자주 핥는 것이 관찰됐다. 단백질 선택적 섭취 반응은 기존에 알려진 단백질 식욕 호르몬 ‘FGF21’과 독립적으로 작동하는 것도 확인했다. 연구팀은 FGF21 유전자를 제거한 생쥐와 간에서만 FGF21을 제거한 생쥐 모두에서 필수아미노산에 대한 선택적 식욕은 그대로 유지됐다. 비만·식이장애·노인 근감소증 치료 단서서성배 IBS 마이크로바이옴-체-뇌 생리학 연구단 단장은 “이번 연구는 동물이 배고프다를 넘어 어떤 영양소가 부족한지를 구분해 감지하고 각 영양소마다 별도의 신경회로로 대응한다는 사실을 세포 단위에서 처음 입증했다는 데 의미가 있다”며 “이번에 발견한 원리는 진화적으로 곤충에서 포유류까지 보존되어 있는 것으로 확인된 만큼 사람에게도 유사한 회로가 작동할 가능성이 크다”고 말했다. 서 단장은 “이번 연구 결과를 바탕으로 단백질 섭취가 부족하기 쉬운 노년층의 근감소증, 영양 균형이 깨진 비만, 식이장애 등의 새로운 치료법 개발에 도움을 줄 것”이라고 덧붙였다.

‘도시 쥐와 시골 쥐’라는 이솝우화 기억나시나요. 도시 쥐가 “화려하고 맛있는 음식이 뭔지 보여주겠다”며 시골 쥐를 도시로 초대해 진수성찬이 가득한 곳으로 이끕니다. 시골 쥐가 감탄하며 음식을 먹으려던 순간 문이 열리고 고양이와 사람들이 들어오면서 두 쥐는 혼비백산해 도망칩니다. 소동이 가라앉고 도시 쥐가 다시 먹으러 나가자고 권하지만 시골 쥐는 “맛없는 음식이라도 마음 편히 먹을 수 있는 시골이 좋다”며 도시를 떠납니다. 우화가 주는 교훈은 행복의 상대적인 기준, 분수에 맞는 삶, 안전한 소박함과 위험한 풍요 등이었습니다. 그런데 과학자들은 우화의 다른 측면인 “도시 쥐는 왜 위험 요소 가득한 도시를 떠나지 않을까”에 주목했습니다. 프랑스 몽펠리에대 기능적 진화생태학 연구센터, 몽펠리에 진화과학 연구소, 미국 노스다코타 주립대, 오리건 루이스앤클라크대 공동 연구팀은 도시에 사는 야생동물들이 시골에 사는 같은 종의 개체들보다 더 대담하고 공격적이며 탐험적이고 활동적이라고 20일 밝혔습니다. 이런 재미있는 연구 결과는 영국 생태학회에서 발행하는 국제 학술지 ‘동물 생태학 저널’ 5월 19일 자에 실렸습니다. 연구팀은 28개국의 조류, 포유류, 양서류, 파충류, 곤충 등 다양한 야생동물 집단 133종을 조사한 논문 80편을 메타분석했습니다. 특히 도시에 서식하는 개체군과 비도시 지역에 서식하는 개체군의 행동이 어떻게 다른지를 세계 단위로 비교 분석했습니다. 도시 동물의 행동 변화에 대한 종(種)간 비교 연구는 많았지만 이번처럼 같은 종 안에서 거주 환경에 따른 행동의 차이를 전 세계 규모로 정량 분석한 것은 이번이 처음입니다. 분석 결과, 도시에 사는 개체군은 시골 거주 개체군보다 대담성과 공격성, 탐험성, 활동성이 모두 두드러지는 것으로 확인됐습니다. 이런 경향성은 특히 조류에서 가장 뚜렷하게 관찰됐습니다. 이번 결과에 대해 연구팀은 전 세계적으로 도시화가 가속하면서 서식지가 줄어들자 동물들이 위험을 감수하려는 성향이 강해지는 것이라고 설명했습니다. 연구를 이끈 트레이시 버크하트 미국 루이스앤클라크대 교수는 “동물들이 위험을 회피하지 않는다면 특정 지역에서는 사람과 야생동물이 마주치는 사례가 급증할 것”이라며 “동물들이 대담해질수록 인수공통감염병 전파 위험도 커질 수밖에 없다”고 경고했습니다.

6~7월 집중적으로 발생해 여름 불청객으로 등장한 ‘러브버그’ 퇴치를 위한 실증이 서울과 인천에서 실시된다. 19일 산림청 국립산림과학원에 따르면 붉은등우단털파리(러브버그)의 밀도 조절을 위해 서울 백련산과 인천 계양산에서 유기농업자재(친환경 방제제) 3종을 활용한 야외 실험에 착수했다. 서울 백련산과 인천 계양산 등에서 러브버그가 대발생해 등산객과 주민들에게 불편을 초래한 바 있다. 현장 실증은 산림과학원이 실험실에서 곤충병원성 곰팡이 방제제 2종과 식물추출물 함유 방제제 1종을 접종해 각각 60.00~90.00%의 살충률을 확인한 후 후속 조치로 검증에 나섰다. 산림과학원은 서울 은평구·서대문구, 인천 계양구와 협의해 백련산과 계양산을 실험 대상지로 선정한 뒤 시기를 달리해 정상부 시험지 구획에 3종의 방제제 처리를 완료했다. 연구진은 모니터링을 통해 처리구와 무처리구의 러브버그 우화율을 비교·분석할 예정이다. 이어 올해 우화한 러브버그가 부화한 유충에 대한 추가 방제제 접종도 실시한다. 국립산림과학원 산림병해충연구과 박용환 연구사는 “야외 실증 실험은 기상과 환경 조건 등으로 실내 실험과 차이가 있을 수 있다”면서도 “실험 결과를 바탕으로 방제 시기와 처리 방법을 마련하는 등 생활 불편을 최소화할 수 있는 방제 대책을 추진할 계획”이라고 밝혔다.

다지류(다족류)는 지네와 노래기같이 많은 다리를 지닌 절지동물을 포함한 그룹이다. 다리가 여섯 개인 곤충이나 8개인 거미와 비교해서 상대적으로 크게 성공한 그룹처럼 보이지 않을지 모르지만, 다지류는 현재도 1만 3000종에 달하는 생물이 있을 뿐 아니라 고생대 실루리아기부터 4억 년 넘게 지구상에서 생존한 성공적인 절지동물 그룹이다. 또 육상으로 처음 발을 내딛은 동물로 알려져 있다. 하지만 다지류가 초창기에 어떻게 진화했는지, 그리고 어떤 방식으로 육지로 상륙했는지에 대해서는 아직도 논쟁이 계속되고 있다. 일부 과학자들은 다지류의 다리가 본격적으로 진화한 것이 육지 생활에 적응하기 위해서였다고 주장하는 반면 다른 과학자들은 이미 바다에서 진화한 다리 덕분에 육지로 쉽게 기어올라갈 수 있었다고 주장한다. 최근 과학자들은 위스콘신주 워케샤에 있는 실루리아기의 브랜든 브리지 지층(Brandon Bridge Formation, Waukesha, Wisconsin)에서 다지류의 조상이 이미 바다에서 다리를 진화시켰다는 증거를 발견했다. 이 지층을 연구한 고생물학자들은 약 4억 3700만년 전의 것으로 추정되는 다지류와 유사한 절지동물 화석 35점을 발견했다. 이 지층은 워케샤 라거슈타트(Waukesha Lagerstätte)로 알려진 지질층으로, 초기 절지동물을 포함한 다양한 천해 생물 군집이 잘 보존돼 있다. 과학자들은 여기서 발견한 원시 다지류에 와우카르투스 무살리살리스(Waukartus muscularis)라는 이름을 붙였다. 그 형태는 머리와 여러 쌍의 다리가 달린 길고 마디진 몸통을 가진 현대의 다지류와 유사했다. 이 화석을 분석한 미국 예일 대학의 데릭 E. G. 브릭스와 동료 연구팀은 와우카르투스 무살리살리스이 이미 육지에 상륙하기 전에 육상 다지류와 비슷한 다리를 진화시켰다는 점을 발견했다. 연구팀에 따르면 와우카르투스 무살리살리스는 적어도 17쌍의 다리가 있는 다지류의 줄기 그룹에서 약간 벗어난 고대 친족 그룹으로 수생 절지동물에서 흔히 볼 수 있는 가지 모양의 다리가 아닌 단지(uniramous·갈라진 행태가 아니라 단일 분지 형태) 형태의 다리를 지니고 있었다. 이런 형태의 다리는 육상 생활에 대한 적응으로 여겨졌으나 이번 발견을 통해 사실은 바다에서 이미 적응한 특징이며 이로 인해 단지류의 육지 상륙이 쉬워졌다는 사실이 밝혀졌다. 물론 육지가 아닌 바다에서 왜 이런 형태의 다리가 진화했는지가 새로운 의문점으로 남을 수 있는데, 아마도 바다 밑바닥을 기어다니는 데 유리한 특징이었을 가능성이 있다. 그리고 자연스럽게 육지로 상륙할 수 있는 형태로 진화했을 것으로 추정된다. 바다에 살면서도 육지에 맞는 다리를 진화시킨 조상 덕에 오늘날 수많은 다리를 지닌 지네류와 노래기류가 번성할 수 있었으니 이는 조상덕에 성공한 대표적인 사례가 아닐 수 없다.

남미의 열대우림에 서식하는 독화살개구리는 화려한 색상만큼이나 치명적인 독성으로 잘 알려져 있다. 독화살이라는 이름은 모양 때문이 아니라 원주민들이 이들의 피부에서 추출한 독을 화살촉에 발라 사냥에 사용했다는 데서 유래했다. 이들은 자연계에서 가장 강력한 생물학적 무기를 보유한 맹독성 양서류다. 하지만 이들의 강력한 독은 어느 날 갑자기 하늘에서 떨어진 재능이 아니다. 로마가 하루아침에 만들어지지 않았던 것처럼 독화살개구리의 독도 오랜 시간에 걸쳐 점진적으로 진화해 매우 정교하고 강력한 무기가 됐다. 사실 독화살개구리과(Dendrobatidae)에 속하는 여러 종은 스스로 독을 합성하지 못한다. 대신 야생에서 섭취하는 개미, 진드기, 지네, 딱정벌레 등 특정 절지동물이 포함하고 있는 ‘알칼로이드(Alkaloid)’ 독소를 체내에 축적한다. 먹잇감이 자신을 보호하기 위해 만든 방어 물질을 오히려 자신의 무기로 역이용하는 셈이다. 이들은 섭취한 독소를 체내에서 안전하게 분리해 피부로 배출하며, 때로는 독성을 강화하기 위해 화학적 변형 과정을 거치기도 한다. 미국 캘리포니아 대학교 버클리 캠퍼스를 비롯해 브라질 상파울루 대학교, 일본 오사카 공립 대학교 등 국제 공동 연구팀은 이러한 독성 축적 메커니즘이 어떻게 진화했는지 분석한 연구 결과를 ‘왕립 학회보 B: 생물과학(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences)’에 발표했다. 연구팀은 독성 알칼로이드 축적 과정이 특정 시점에 갑자기 나타난 것이 아니라, 조상 대대로 점진적인 단계를 거쳐 발달해 왔다는 가설을 세우고 이를 증명하기 위한 실험을 설계했다. 연구팀은 진화적 거리가 다른 세 부류의 개구리를 비교 대상으로 선정했다. 우선 독화살개구리와 계통학적으로 거리가 멀어 독을 축적하지 않는 것으로 알려진 청개구리과(Hylidae)의 나무개구리(Dryophytes cinereus), 독화살개구리의 자매 그룹이지만 독성이 약한 아로모바티대과(Aromobatidae)의 한 종(Allobates femoralis), 그리고 강력한 독성을 지닌 전형적인 독화살개구리들을 실험군으로 구성했다. 연구팀은 이들에게 서로 다른 농도의 알칼로이드 용액을 투여하거나, 독성 알칼로이드를 도포한 초파리를 먹이로 제공하며 피부 및 주요 장기에 축적되는 독소의 양을 정밀 측정했다. 실험 결과, 독이 없는 일반 청개구리조차 아주 미량의 알칼로이드를 저장할 수 있는 기초적인 잠재력을 지니고 있음이 확인됐다. 중간 정도의 독성을 가진 종은 그보다 많은 양을, 전문적인 독화살개구리는 압도적으로 많은 양의 독소를 안전하게 저장했다. 이는 독소 저장 능력이 진화의 과정 속에서 서서히 강화된 연속적인 형질임을 시사한다. 사실 절지동물의 독을 흡수해 자신의 방어 무기로 삼기 위해서는 고도의 진화적 장벽을 넘어야 한다. 먹이의 독에 자신이 중독되지 않도록 신경계나 수용체에 내성이 생겨야 하며, 소화기관에서 흡수된 독소를 파괴하지 않고 피부까지 운반하는 특수한 수송 단백질 체계가 필요하다. 또한 체내 대사 과정에서 독소가 분해되어 사라지지 않도록 유지하는 능력도 필수적이다. 연구팀은 이러한 복잡한 생화학적 시스템이 단계별로 구축됐으며, 그 과정에서 독성 곤충을 먹어도 생존할 수 있는 개체들이 선택적으로 살아남아 오늘날의 독화살개구리로 진화했다고 설명했다. 사실 자연계의 독이야말로 하루아침이 아니라 수백만 년 동안의 세월 동안 시행착오를 반복해 나가면서 건설된 진화의 걸작인 셈이다.

전남 함평군이 오는 24일부터 다음 달 5일까지 함평 엑스포공원과 함평천 생태습지 일원에서 ‘제28회 함평 나비대축제’(포스터)를 개최한다. 대한민국 대표 문화관광축제인 함평나비대축제는 올해 ‘꿈꾸는 나비, 시작되는 여정’을 주제로, 지역 캐릭터 ‘뽐비(나비)’와 ‘황박이(황금박쥐)’를 앞세워 관광객을 맞이한다. 엑스포공원에서는 호랑나비, 배추흰나비 등 17종 20만 마리의 나비와 장수풍뎅이 등 곤충 8종, 메리골드, 꽃완두콩 등 30여종 50만여본의 봄꽃을 비롯해 다양한 조형물을 만날 수 있다. 축제 첫날 개장 행사에서는 대표 볼거리인 나비 날리기(하루 2~4회)와 올해 새로 도입되는 어린이 생태 교육 공간 ‘나빛파크’ 개장식, 나비 판타지아 퍼레이드 쇼와 개막 축하 공연이 펼쳐진다. 지난해 큰 인기를 끌었던 나비 먹이 주기 체험은 물론 신규 프로그램인 ‘나비와 함께 왈츠를’을 통해 살아있는 나비를 직접 느낄 수 있는 다양한 체험 프로그램도 마련된다. 중앙광장의 나비 체험존에서는 전통 민속놀이와 나비 공주 의상 체험, 나비 갓 키링 만들기, 뽐비＆황박이의 소풍 놀이 등 다양한 참여 프로그램이 진행된다.

인간의 세포는 눈에 보이지 않는 작은 단위이지만, 사실 그 안에는 하나의 도시에 비유할 수 있을 만큼 복잡한 구조가 존재한다. 예를 들어 공장에 해당하는 리보솜이나 발전소 역할을 하는 미토콘드리아, 그리고 정보를 저장하는 도서관 같은 핵이 그것이다. 식물 세포의 경우에는 태양광 발전소인 엽록체도 존재한다. 작은 세포 안에 이렇게 복잡한 구조가 생겨난 비결은 바로 ‘공생’이다. 우리 몸속 미토콘드리아와 식물 세포의 엽록체는 수십억 년 전 독립적으로 살던 박테리아가 다른 세포 안으로 들어가 공생을 시작하면서 점차 유전자를 잃고 숙주의 일부로 통합되어 오늘날의 소기관이 됐다는 게 현재 과학계의 주도적 가설이다. 계통학적 증거와 유전체 비교, 구조적 유사성 등 다양한 근거가 이 가설을 뒷받침한다. 다만 오래전 일이라 그 중간 과정에 대해서는 여전히 모르는 부분이 많다. 다행히 자연에는 오래전 일어났던 세포 소기관 전환 과정을 자세히 엿볼 수 있는 사례들이 남아 있다. 예를 들어 다른 생물의 세포 안에서 오랜 세월 살아가는 세포내 공생 박테리아는 숙주에 의존하면서 유전자를 점점 잃는 경향이 있다. 이런 공생 관계를 연구하면 박테리아가 어떻게 점차 독립성을 잃고 숙주의 일부로 흡수되는지를 추정할 수 있다. 폴란드 야기에우워 대학의 안나 미찰리크(Anna Michalik)와 동료들은 작은 곤충인 멸구(planthopper)에 서식하는 세포내 공생 미생물 술치아(Sulcia)와 비다니아(Vidania)의 유전자를 대규모로 비교·분석했다. 연구는 149종의 멸구에서 채취한 131개의 공생 미생물 균주를 대상으로 진행되었고, 그 결과 이 공생 미생물의 유전자가 일반적인 세균보다 훨씬 작게 축소되어 있음을 확인했다. 술치아의 유전자는 대략 137,729–180,379 bp (base pair, 유전자 길이의 단위인 염기쌍) 비다니아는 50,141–136,554 bp 수준인데, 일부 균주는 약 50 kb(약 5만 염기쌍) 수준에 불과했다. 이는 역대 가장 짧은 박테리아 유전자로 사실 독립적인 생명 활동이 어려운 짧은 유전자다. 일반적인 세균인 대장균(Escherichia coli)의 유전자는 약 4.6 Mbp(약 460만 bp)에 달하고, 자유 생활이 가능한 가장 작은 균으로 알려진 일부 종은 작아도 50만 개 단위의 염기상을 지닌다. 반면 이번에 확인된 비다니아의 유전자는 5만 개까지 줄어들어 독립적인 대사 능력이 거의 남아 있지 않음을 시사한다. 인간의 유전자가 약 31억 bp(3.1 Gb)인 점과 비교하면 얼마나 짧은 지 짐작할 수 있다. 초소형 유전자를 지닌 공생 미생물은 대부분의 아미노산 합성 경로와 여러 세포 기능 관련 유전자를 잃어 숙주에 절대적으로 의존해 살아간다. 반면 숙주 역시 이들이 제공하는 물질에 크게 의존한다. 결국 숙주는 공생체가 제공하는 필수 영양소에 의존하게 되고, 공생체는 숙주가 제공하는 환경과 자원에 의존하게 되어 하나의 생명체처럼 기능하는 상황에 이른다. 이번에 발견된 공생 미생물은 그 직전 단계로 독립된 세균과 완전한 세포 소기관의 중간에 해당하는 것으로 보인다. 이번 연구에서 과학자들은 작고 하찮아 보이는 곤충과 그 작은 곤충의 세포 속에 사는 더 작은 미생물을 연구해 많은 정보를 얻고 큰 깨달음도 얻었다. 하지만 진핵생물의 진화에 대해서 아직도 모르는 부분이 많이 남아 있다. 앞으로도 과학자들은 다른 세포 속에 살아가는 작은 미생물을 연구해 아직 밝혀지지 않은 미스터리를 풀어나갈 것이다.