April 26,2018

“미생물 생태학 교과서 다시 써야 한다”

“명칭 분류보다 기능적 단위로 묶어야”

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미생물은 지구상에서 가장 숫자가 많고 풍부하다. 그런 점에서 지구의 주인은 사람이 아니라 미생물이라고 말하는 학자도 있다.

캐나다와 미국 및 유럽의 과학자들은 미생물 연구를 위한 새로운 접근법을 지지하면서 미생물 생태학 교과서를 다시 써야 한다고 보고 있다. 이들은 미생물 종에서는 적합한 미세 생활환경과 생태적 지위가 이름보다 더 중요하다고 주장한다.

과학저널 ‘네이처 생태와 진화’(Nature Ecology and Evolution) 최근호에 이 같은 연구를 종합해 발표한 캐나다 브리티시 컬럼비아대 스틸리아노스 루카(Stilianos Louca) 박사는 “전통적인 생태학에서는 종들이 생태계 내에서 한 가지 방법, 즉 식물종은 광합성을 통해 빛을 화학적 에너지로 바꾸고, 동물들은 산소를 사용해 유기 탄소를 연소시켜 에너지를 추출한다고 말한다”며, “그러나 미생물 시스템은 더 많은 방법으로 에너지를 얻고 시스템도 매우 풍부하다”고 설명했다.

즉, 수백 종이 함께 공존하며 하나의 환경에서 동일한 생화학적 기능을 수행하고, 다른 환경에서는 기능을 전환한다는 것.

캐나다와 미국 및 유럽의 과학자들은 미생물 연구를 위한 새로운 접근법을 지지하면서 미생물 생태학 교과서를 다시 써야 한다고 주장한다.  CREDIT: Stilianos Louca, University of British Columbia

캐나다와 미국 및 유럽의 과학자들은 미생물 연구를 위한 새로운 접근법을 지지하면서 미생물 생태학 교과서를 다시 써야 한다고 주장한다. CREDIT: Stilianos Louca, University of British Columbia

“미생물 공동체 해석 위한 새로운 패러다임 필요”

이 같은 발견은 미생물 공동체의 변화를 해석하거나, 인체의 장에 서식하는 미생물 및 생물학적 정제과정을 통해 조작된 미생물 그리고 환경의 혼란과 바다에서의 다양성 상실 같은 여러 조건에서의 미생물 건강성 여부를 예측하는데 중요한 의미를 갖는다.

루카 박사는 “우리는 연구자로서 분류표로부터 생화학적 과정들을 분리할 필요가 있고, 이 분리를 나타내기 위해 용어를 정제 및 갱신해야 하며, 미생물 공동체에서의 변화를 해석하기 위한 새로운 패러다임들이 필요하다”고 설명했다.

그러면 미생물들은 어떻게 팔방미인처럼 수많은 곳에 넘쳐나게 존재할까?

루카 박사팀은 5만9000개 이상의 미생물 유전체 분석 결과를 토대로 특정 생화학적 기능들이 미생물의 생명 계통에 걸쳐서 광범위하고 불규칙하게 분포돼 있다고 주장한다.

연구팀은 또한 미생물 종 구성의 빈번하고 예측 불가능한 변동은 작은 군집들에서의 무작위적인 생사에 기인한다는 현재의 또다른 지배적인 패러다임을 배제했다. 몇몇 연구자들은 이것을 ‘생태적 표류(ecological drift)’라고 부른다.

루카 박사는 “연구를 종합해 새롭게 컴퓨터 시뮬레이션을 해보면 이 견해는 틀렸을 가능성이 있다”며, “우리는 시스템의 주요 생물지구화학적 흐름에 크게 영향을 미치지 않는 바이러스에 의한 세균 포식이나 항생물질 전쟁 같은, 거의 탐구되지 않은 유기체 간의 생물학적 상호작용에 초점을 맞춰야 한다”고 강조했다.

루카 박사와 국제협동연구팀은 지구상에서 가장 풍부한 삶의 형태를 가진 미생물 연구를 위해 새로운 접근법이 필요하다고 말한다.   CREDIT: University of British Columbia

루카 박사와 국제협동연구팀은 지구상에서 가장 풍부한 삶의 형태를 가진 미생물 연구를 위해 새로운 접근법이 필요하다고 말한다. CREDIT: University of British Columbia

“미생물 분류군, 기능적 단위로 묶어야”

이번 종합 연구는 지난 2년여 동안의 미생물 공동체 연구를 기반으로 수행됐다. 여기에는 브리티시 컬럼비아대와 미국 매서추세츠공대(MIT), 시몬 프레이저대, 캘리포니아 주립대, 매서추세츠 우즈홀 해양연구소 그리고 스위스 연방공대 연구자들이 참여했다.

이번 연구에 참여하지 않은 미국 MIT의 오토 코데로(Otto Cordero) 조교수는 “실험실 밖의 미생물 생태시스템은 전형적으로 같은 대사기능을 수행할 수 있는 잠재력을 지닌 수많은 분류군을 유지할 수 있으며, 연구자들은 그렇게 명백하게 넘쳐나는 종들이 어떻게 공존하는지에 대한 질문을 회피해 왔다”고 말했다.

그는 “질문에 답이 될 수 있는 한 가지 가능성은 미생물들의 공존은 인구통계적 변동과 같은 중립적인 과정에 의해 유지되고, 또다른 점으로는 넘쳐나는 잉여군처럼 보이는 분류군들이 부착성, 운동성, 효소 친화성과 같은 미세한 특성 차이에 기초한 ‘마이크로 틈새 환경’(micro-niches)으로 구분될 수 있기 때문”이라고 말했다.

코데로 교수는 아울러 “이번 연구는 후자에 대한 강력한 사례를 구축하고 미생물 생태시스템 연구의 의미에 대한 사려 깊은 논의를 제시한다”며, “논문의 중요한 결론은 특성-기반 생태학에서 식물을 생장과 영양 섭취가 비슷한 분류군으로 나누는 것과 같이, 미생물 분류군을 기능적 단위로 묶을 필요가 있다는 점”이라고 지적했다.

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