[사이언스 데일리] 공룡이 멸종한 직후, 개미는 농사 짓는 방법을 알아냈다. 잎꾼개미와 균류 작물 간의 상호주의는 그 효율성 면에서 인간의 농업을 뛰어넘는 대규모 농업으로 귀결되었다.

(2016년 7월 20일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 스미소니언 열대연구소

균류를 재배하는 개미 군집은 여러 몸크기를 가진 계급들 간의 분업이 이루어지는 복잡한 사회다. 위의 근접촬영 사진에서는 흰색 개미 애벌레를 돌보고 있는 자그마한 보모 개미와 대비되는 우상단의 거대한 여왕개미를 볼 수 있다. 이 개미들은 모두 지하에서 경작한 흰색 또는 회색의 균류가 만들어낸 단백질이 풍부한 먹이를 먹는다. 균류는 잎꾼개미가 개미 군집을 먹여살리기 위해 나무에서 따서 지하로 옮겨온 신선한 잎을 분해한다. Credit: Karolyn Darrow

스미소니언 연구소의 과학자들이 포함된 국제 연구팀에 의하면 남아메리카의 한 개미 그룹은 공룡이 멸종한 직후부터 균류를 키워왔다고 한다. 농부 개미의 유전자와 이들이 키우는 균류 작물은 놀랄만큼 오래된 상호적응의 역사를 보여주고 있다. 이러한 진화적 주고받기는 어떤 종에서는 — 잎꾼개미 — 효율성 면에서 인간의 농업을 능가하는 대규모 농업으로 귀결되었다.

개미 농업의 역사에서 주요 장면은 곤충 뿐 아니라 작물인 균류의 유전자에 새겨져 있다. 스미소니언 열대연구소의 연구원이자 코펜하겐 대학 생물학 교수인 야코부스 봄스마와 코펜하겐 대학의 동료인 산네 뉘가르드와 궈제 장은 농부 개미 일곱 종 및 이들과 연관된 균류 사이의 파트너십이 어떻게 생겨났는지를 이해하기 위해 그 유전자를 살펴보았다. 네이처 커뮤니케이션 (Nature Communications)’ 에 출판된 연구에서 과학자들은 아티니 족(tribe Attini) 에 속하는 개미들이 5천5백만 년에서 6천만 년 전에 수렵채집 생활에서 근근히 자급자족하는 농업으로 전환했으며 여기에 이용된 균류는 분해되는 식물의 목질부에서 자라는 것이었음을 알아냈다. 느리게 자라는 균류는 소규모의 개미 군집 정도만을 지탱할 수 있었지만 이는 훨씬 큰 규모의 농업으로 향하는 첫걸음이었다.

“균류를 키우는 쪽으로 돌아서면서 개미들은 여러 유전자를 잃어버렸습니다.” 봄스마의 말이다. 이로 인해 개미의 운명이 먹이와 단단히 묶이게 되었다. 개미는 영양을 얻기 위해 균류에 의존하게 되었고 균류는 영양소가 풍부한 작물을 더 많이 만들어냄으로써 생존의 가능성을 높였다. “연달아 진화적 변화가 일어나게 되었고, 지금까지 다른 어떤 계통의 동물도 이런 정도의 변화를 만들어낸 적은 없습니다.”

연구자들은 약 2천5백만 년 전 균류를 키우는 개미 중 한 계통이 작고 단백질이 풍부한 둥근 덩어리를 만들어내는 균류를 재배하기 시작했고, 개미들은 수확할 때 이 덩어리를 선호했다는 것을 알아냈다. 영양이 더 풍부한 먹이로 인해 더 큰 개미 군집을 지탱할 수 있게 되었고 개미와 균류의 공진화에 더욱 박차가 가해졌으며 1천5백만 년 전에는 잎꾼개미가 등장했다. 잎꾼개미는 지하에 있는 자신들의 농장에 매일 신선한 녹색 식물을 잘라와 심어서 완전히 작물화된 균류의 한 종을 대규모로 재배하는데 이것은 수백만 마리의 개미가 사는 군집을 지탱할 수 있을 정도이다.

작물화는 이 관계의 두 파트너 모두를 변화시켰다. 잎꾼개미가 기르는 균류는 그 조상이나 오늘날의 야생 근연종과 달리 더 이상 식물의 목질부를 소화시킬수 있는 효소를 만들어내지 못하기 때문에 개미가 가져오는 녹색 잎에 의존하게 되었다. 그 대가로 균류는 개미의 성장에 필수적인 단백질로 차 있는 둥근 덩어리를 만들어낸다. 개미는 이 수퍼푸드를 쉽게 소화시켜주는 특수한 효소를 진화시켰고, 다른 음식은 아무 것도 먹지 못한다. 이들은 서로가 상대방이 없이는 살아남을 수 없는데, 공생관계인 잎꾼개미와 균류는 균류를 재배하는 개미류들 중 가장 큰 군집을 형성한다. 잎꾼개미와 균류는 한데 묶여서 신열대의 숲에서 지배적인 초식생물이 되었다.

이와 대조적으로 인류는 자급자족하는 농업을 1만 년 전 경에 시작하여 지난 세기에야 산업화된 농업으로 나아갔다. 인간의 기준으로 봤을 때 잎꾼개미의 성공은 질병이나 해충, 가뭄 중 어느 것에도 영향을 받지 않는 단 한 가지 종류의 다목적 수퍼푸드를 산업적인 규모에서 재배할 수 있는 방법을 알아낸 것에 견줄 수 있다고 봄스마는 말한다. “그것도 고대 그리스 문명 때쯤에 말입니다.”

지난 25년간 균류를 재배하는 개미에 대한 연구의 상당수는 스미소니언 열대연구소를 통해 파나마에서 연구하는 과학자들이 만들어냈다. 이번 연구는 관심을 받는 몇몇 선택된 유전자가 아니라 개미와 균류 모두에서 전체 유전자 구성을 들여다 보려는 최초의 시도에 속한다. 공저자인 스미소니언 국립 자연사박물관의 테드 슐츠는 아직 알아내야 할 것이 무수히 많다고 한다. “다섯 종류의 개미와 여섯 종류의 균류에 대한 유전체 자료가 공개되었기 때문에 향후 더 많은 연구자들이 여기에 뛰어들기를 희망하고 있습니다.”

참고문헌

Sanne Nygaard, Haofu Hu, Cai Li, Morten Schiøtt, Zhensheng Chen, Zhikai Yang, Qiaolin Xie, Chunyu Ma, Yuan Deng, Rebecca B. Dikow, Christian Rabeling, David R. Nash, William T. Wcislo, Seán G. Brady, Ted R. Schultz, Guojie Zhang, Jacobus J. Boomsma. Reciprocal genomic evolution in the ant–fungus agricultural symbiosis. Nature Communications, 2016; 7: 12233 DOI: 10.1038/NCOMMS12233

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