인간의 체내에는, 수없이 "공생 세균"이 자리잡고 있어, 건강면에서 큰 역할을 하고 있는데, 그것은 곤충도 마찬가지이다.
그러나, 곤충 중에는, 우리처럼 단순히 커지는 것이 아니라, "유충→번데기→성충"으로 몸을 극단적으로 변모시키는 종이있다. 특히 번데기 단계가되면, 몸이 한번 걸쭉하게 녹아 버린다.
그렇다면, 유충에게 정착하고 있던 공생 세균은 어떻게 되는 것일까?
애벌레와 함께 녹아버릴까?
독일 요하네스 구텐베르크대 마인츠(JGU)를 중심으로 한 국제 연구팀은, 이 수수께끼를 풀기 위해 쓰레기 더미과의 딱정벌레 라그리아 비로사(Lagriavillosa)의 변태 과정을 자세히 관찰해 놀라운 사실이 판명되었다.
무려 본종의 유충은, 등에 공생 세균을 숨기기 위한 "주머니"를 가지고 있었고, 번데기 일때에도, 그 속에서 세균을 보호하고 있었다는.
이 연구에 대한 자세한 내용은 2022년 8월 30일자, 과학잡지 "Frontiers in Physiology"에 게재되었다.
■ 등에 있는 주머니로 "공생 세균"을 숨기다
라그리아 비로사(이하 L.비로사)에는 다양한 세균이 공생하고 있지만, 그 중에서도 "바크홀데리아(Burkholderia)속"의 세균은, 번식의 성공에 있어서 절대로 빠뜨릴 수 없다.
L.비로사의 알과 유충은 감염병에 취약한데, 그래서 암컷 어미는 난소 근처의 선에서 바크홀데리아를 방출하여 갓 낳은 알에 바른다.
바크홀데리아는, 항균 작용을 하는 폴리케티드 화합물을 생성하기 때문에, 알과 유충의 감염증을 막아주는 것.
그런데, 그 공생관계가 진행되면서, 버크홀데리아는 L.비로사 안에서 안락한 삶을 사는데 익숙해져 자발적으로 움직이는 능력을 상실하게 된 것. 운동하기 위한 유전자와 세포 구조도 이제는 거의 상실되었고, 스스로의 생존도 L.비로사에 의존하고 있다.
이에 연구팀은 움직일 수 없게 된 버크홀데리아가 L.비로사의 변태 중에 어떤 운명을 걷는지 추적, 먼저 어미에 의해 알에 도포된 바크홀데리아는 약 6일 동안 알 표면에 노출된 채 알에 유해한 박테리아와 균류를 계속 격퇴한다.
그리고, 유충이 부화하면 바크홀데리아는 유충의 등에 있는 세 개의 주름에 모아지고, 주름은 마치 주머니처럼 기능하며 바크홀데리아를 보호하고 있었다.
또한 연구자에 따르면, 주름에 있는 선세포 분비물이 바크홀데이라의 영양원이 되고 있다고 하고, 이 등 주머니는 유충이 번데기로 변모하는 와중에도 유지되었다.
번데기화하는 과정에서 외피가 점점 단단해지는데, 주름의 형태는 남겨지고 그 안에 바크홀데리아도 숨겨져 있었다.
이때 번데기의 내용물에서 버크홀데리아는 검출되지 않았기 때문에, 체내로 이동하지 않은 것으로 확인되었다.
그후 L.비로사는 성충으로 우화를 시작하는데, 이상하게도 팔꿈치 속의 바크홀데리아는 성충의 복부 끝(생식기 부분)을 그대로 옮겨다녔다.
연구팀은 이를 검증하기 위해 버크홀데리아와 같은 크기(폭 1.0um)의 폴리스틸렌 형광 구슬을 발육중인 번데기에 부착시켜 탈피 시 이동 프로세스를 가시화했다.
그랬더니 대부분의 구슬이 번데기의 탈피선을 따라 뒤쪽으로 이동하고, 결국 성충의 복부 끝에 모인 것.
하지만, 이와 병행해서 흥미로운 사실도 발견됐다.
그것은, 지금까지 말해 온 변태 중의 바크홀데리아의 보호와 이동을 암컷에서만 볼 수 있었던 것인데, 원래 유충 단계에서 등뼈의 크기가 수컷에서는 작었고, 바크홀데리아의 수도 암컷보다 훨씬 적어졌다.
게다가 그 경향은 번데기 단계에서 더욱 두드러져 수컷 번데기에는 이제 팔꿈치 주머니 부분이 거의 없어졌고, 바크홀데리아도 급감했다.
이 그림을 보면 그것을 잘 알 수 있다.
연구자들이 말하기를, 이는 바크홀데리아가 주로 알을 감염병으로부터 보호하는 데 특화되어 있기 때문이다. 따지고 보면, 바크홀데리아가 등 주머니에 들어간 시점에서 유충이나 번데기의 건강 유지를 위해서는 거의 작용하지 않게 된다.
다음으로 바크홀데리아가 필요한 것은 암컷 어미가 알에 도포할 때이다.
이를 감안하면 왜 바크홀데리아가 수컷에서는 적고 암컷에서 많은지 이해할 수 있을 것이다.
연구주임 중 한 명인 코펜하겐대의 라우라 플로레스 씨는 "성충 단계에서 바크홀데리아를 보유해 두는 목적은 다음 세대에 대한 인도를 성사시키기 위해서일 것"이라고 설명.
또 요하네스 구텐베르크대 마인츠의 레베카 얀케 씨는 "바크홀데리아의 생물학적 중요성이, 숙주로 하여금 변태 시 세균을 보호하기 위한 구조(주머니)를 진화시켰을 가능성이 높다"라고 코멘트.
공생 세균은, 자손 번영을 바라고 계승되는 "선물"이었던 것 같다.
