개미 사회에서 발견한 ‘문명의 기원’

과학기술

개미 사회에서 발견한 ‘문명의 기원’
모이면 생존에 유리, 리더 없어도 이뤄져

2018.08.28 12:05 김병희 객원기자

개미와 인간은 많은 공통점을 가지고 있다.

둘 다 똑같이 자원이 가득찬 도시와 주거지가 있는 정교한 구조물로 이뤄진 큰 사회 속에서 살아간다.

처음부터 이렇게 큰 사회를 이루진 않았을 것이다. 먼 과거의 어느 때인가 각각의 개체들은 스스로 작은 그룹들을 조직했을 것이다. 그것은 어떻게 가능했을까?

미국 프린스턴대와 록펠러대 연구팀은 정교한 수학적 모델과 클로널 침입자 개미(Ooceraea biroi)에 대한 상세한 실험 관찰을 결합해 이 문제를 풀어냈다.

논문 공저자인 프린스턴대 코리나 타니타(Corina Tarnita) 교수 연구실[생태와 진화 생물학(EEB)]의 크리스토퍼 토키타(Christopher Tokita) 연구원은 “아주 작은 그룹에서도 매우 중요한 이점들이 나타나며, 이것이 더욱 규모가 크고 복잡한 사회를 구성하는 중요한 발판을 제공할 수 있다”고 말했다.

연구팀은 여섯 마리 정도의 작은 개미무리도 그룹생활을 함으로써 생존에 더 유리하고 새끼들도 더 빨리 자라는 현저한 이익을 얻는다는 사실을 발견했다. 이 연구 결과는 과학저널 ‘네이처’(Nature) 최근호에 발표됐다.

연구팀은 집단 크기와 사회적 행동 사이의 관계를 조사하기 위해 개미사회를 연구했다. 연구결과 그룹 크기가 커지면 노동분업으로 이어지지 않더라도 그룹 구성원에게 도움이 된다는 사실이 밝혀졌다. 사진에 보이는 클론 레이더 개미는 리더가 없어도 모여서 새끼를 돌보고 일부 무리는 먹이를 찾아 나선다. CREDIT: Daniel Kronauer, Rockefeller University

생물 시스템에서의 수수께끼

록펠러대 대니얼 크로나워(Daniel Kronauer) 부교수는 “여왕개미와 일개미로 구성된 좀더 복잡한 사회에서 각 개체들이 어떻게 협력하는가는 각자 명확한 역할이 있기 때문에 쉽게 알 수 있다”며 그러나 이것은 곤충 사회가 시작되게 된 방법은 아니라고 설명했다.

타니타 교수는 이에 대해 “사실상 생물학적 체계 전반에 걸친 일반적인 수수께끼”라고 덧붙였다. 그는 “다세포 유기체로부터 곤충그룹 그리고 인간 사회에 이르기까지 자연은 복잡한 집단을 구성할 수 있는 뛰어난 능력을 가지고 있다”며 “우리는 초기에 어떤 일이 일어나 이것이 가능하게 되었는지에 대해 아직도 완전히 이해하지 못하고 있다”고 밝혔다.

타니타 교수는 나아가 “우리는 대규모 복잡한 그룹의 특징으로 노동분업과 세포 분화 같은 특성들을 떠올리는데 익숙하지만, 그런 방식으로 생각하는 것이 과연 옳은가?”라고 반문했다.

과학자들은 통상 개미를 활용해 이런 복잡한 그룹의 최초 모습이 어떠했을까를 이해해 보려고 했다. 토키타 연구원은 작은 곤충그룹은 두 가지 주된 이유 때문에 독립적인 개체들보다 더욱 성공적이라고 말했다.

그는 “첫째는 ‘일손이 많다’는 점으로서 항상 과업을 수행하는 개체들이 있기 때문에 중요한 일들을 놓칠 틈이 없다”고 설명했다.

두 번째는 연구팀도 예기치 못한 사실이다. 이를 타니타 교수는 “거의 똑같은 개체들로 이루어진 이들 작은 그룹에서 이미 초기 노동분업이 나타난다는 점”이라고 말했다.

연구팀은 한 마리에서 16마리 범위에 있는 소규모 개미그룹들을 연구했다. 클로널 레이더스 개미들은 이례적으로 단순한 사회조직을 구성하고 있다. 여왕개미들이 없이 동시에 번식할 수 있는 유전적으로 동일한 일개미들이다.

개미 행동 관찰을 위한 실험 모습. CREDIT: Daniel Kronauer, Rockefeller University

실험과 이론의 이상적인 결합

토키타 연구원은 “이번 연구는 실험과 이론의 이상적인 결합”이라고 말했다. 록펠러대 크로나워 교수실 연구원들은 개미들에 대한 장기간의 실험 관찰을 통해 프린스턴대 팀이 만든 수학적 모델에 정보를 제공하고 방향을 안내했다.

그는 “우리는 모델을 가지고 질문을 할 수 있었다”며 “이 모델이 없었다면 질문이 나오지 않았을 것”이라고 말했다.

토키타 연구원은 “예를 들면 우리 모델은 그룹들이 점점 커지고 노동분업이 생겨나면서 배고픔 같은 그룹의 욕구가 안정화될 것이라고 예측했다”며 “이는 먹이 수집과 양육 같은 일들이 소홀히 되지 않고 더욱 일관되게 수행됨으로써 나타나는 결과”라고 설명했다.

그는 “크로나워 랩이 개미사회에서 기아의 수준을 측정할 수는 없었지만, 카메라 추적 자료를 통해 개미사회가 점점 커지면서 작업이 실제로 일관되게 수행되고 있다는 사실을 확인했다”고 덧붙였다. 이를 통해 경험적 데이터와 모델 예측이 잘 들어맞는 것을 알 수 있었다는 것.

처음에 연구원들은 초기 노동분업이 좀더 큰 그룹들에서 성공의 열쇠라고 추정했다. 이 추정은 현대 경제학자들 사이에서도 일반적인 것이다.

그러나 연구팀은 이것이 완벽한 사실은 아니라는 것을 알고 놀랐다. 토키타 연구원은 노동분업이 그룹의 크기에 맞춰 생산량 증가에 공헌하지만 반드시 노동분업이 필요하지는 않다고 말했다. 그는 “그 대신 우리는 노동분업이 없더라도 그룹의 크기 증가 하나만으로도 개미사회의 이익을 창출한다는 사실을 이론적으로 보여주었다”고 밝혔다.

연구팀은 각 개미에 페인트칠을 해 이들의 자율행동을 추적했다. CREDIT: Daniel Kronauer, Rockefeller University

“사회의 복잡한 특징, 가장 단순한 그룹에서 유래”

이와 함께 이들의 연구는 강력한 그룹은 강력한 리더를 필요로 한다는 그룹 역학의 대중적인 믿음에 대해서도 도전장을 던진다.

토키타 연구원은 “노동분업과 같은 복잡한 행동은 스스로 조직될 수 있다”며 “우리가 연구에 활용한 개미종은 리더가 전혀 없었고, 모든 그룹원이 노동자이자 각자 알을 낳았다”고 말했다.

이 ‘경험적 관찰과 이론 연구의 협동’은 타니타 교수가 지난 2010년 ‘네이처’에 발표한 예측을 확인해 준다. 이 이전 연구에서 연구팀은 개미나 벌과 같은 복잡한 사회는 ‘작은 그룹 규모에서 함께 생활하는데 따르는 이점이 나타나면’ 진화할 수 있다고 밝혔다.

타니타 교수는 “2010년에는 그런 사실을 실험적으로 확인하기가 불가능했으나 크로나워 교수실에서 엄청난 노력을 들여 개미 실험 모델을 만들었기 때문에 가능했다”고 말했다.

그는 “이런 아이디어를 실험적으로 재검토하고 지원을 얻을 뿐만 아니라 개미 같은 작은 그룹에서 그런 예기치 않은 많은 행동을 밝힐 수 있다는 것은 매우 흥미로운 일”이라고 덧붙였다.

이번 발견은 사회적 행동의 진화를 이해하는데 중요한 의미를 갖는 것으로 보고 있다. 타니타 교수는 “이번 연구는 많은 일이 매우 초기에 발생할 수 있으며, 우리가 복잡한 사회의 특징이라고 생각하는 것은 실제로는 가장 단순한 그룹들에서 유래했을 수 있다는 사실을 보여준다”고 말했다.

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