KISTI의 과학향기

아마존 유역의 열대 우림지역에는 ‘악령의 정원’이라고 불리는 숲이 있다. 악령의 정원은 오직 히수타(Duroia hirsuta)라는 나무만 살고 있을 뿐 다른 나무는 자라지 않는다. 이 때문에 오래전부터 원주민에게는 숲의 악령이 이곳을 지배하고 있다는 전설이 전해오고 있다. 어떻게 하나의 식물만 자라날 수 있을까? 혹시 다른 식물이 자라나면 악령이 뿌리째 뽑아내기라도 하는 것일까?

그동안 과학자들은 히수타 나무가 분비하는 화학물질 때문이 아닐까 추측해 왔다. 사는 곳의 환경이 열악해지면 언제라도 다른 곳으로 이동하는 동물과 달리 식물은 한번 뿌리를 내리면 평생을 한 곳에서 살아야 한다. 혹여 옆에 사는 식물이 자신보다 더 빨리 자라나 그늘을 만들면 식물은 큰 타격을 입는다. 또한 인간의 눈에는 보이지 않지만 땅 속에는 물과 양분을 얻기 위한 경쟁도 치열하다.

이로 인해 식물은 일반적으로 처음부터 다른 식물이 뿌리를 내릴 수 없도록 하는 전략을 선택한다. 즉 낙엽이 돼 흙으로 돌아가는 나뭇잎과 땅속의 주요 통로를 지키는 뿌리를 통해 ‘타감물질’(allelopathic substance)을 분비하는 것이다. ‘타감물질’은 대부분 페놀류의 화학물질로 이뤄져 다른 식물의 생장을 억제한다. 가령 소나무 주변에 다른 식물이 자라나는 것을 보기 어려운데, 이는 타감물질의 한 종류인 탄닌(tannin)이 분비되기 때문이다.

그러나 미국 스탠포드대 프레드릭손 박사는 다른 식물의 진입을 막는 범인으로 히수타 나무가 아니라 히수타 나무에 집을 짓고 사는 슈마니 개미(Myrmelachista schumanni)를 의심했다. 히수타 나무가 번성해야 개미의 터전도 늘어나기 때문에 개미가 다른 식물을 죽일 수 있다고 생각한 것이다. 이어 프레드릭손 박사와 동료들은 악령의 정원 부근에 히수타 나무가 아닌 다른 나무를 심고 두 그룹으로 나눴다. 한 쪽은 개미가 자유롭게 다닐 수 있도록 하고 다른 한 쪽은 개미의 접근을 막았다.

그러자 놀랍게도 개미가 접근하지 못한 나무는 잘 자라났지만 개미가 접근했던 나머지 나무는 모두 말라죽었다. 프레드릭손 박사는 “개미가 다른 식물을 선택적으로 죽이면서 미래의 거주지를 개척하고 있다”고 설명했다. 다시 말해 히수타 나무는 생존을 위해 개미에게 집을 제공하고, 개미는 다른 식물을 죽여 생존을 위한 공동작전을 펼치는 셈이다.

그렇다면 히수타 나무를 지키는 개미들은 어떻게 다른 나무를 죽이는 것일까? 연구팀은 개미가 식물을 죽이는 데 포름산(formic acid)을 이용한다는 사실을 알아냈다. 포름산은 개미에게서 쉽게 볼 수 있는 독소로 개미산으로 불린다. 왜냐하면 라틴어로 ‘Formica’는 개미 를 뜻하기 때문이다. 트레드릭손 박사가 발견한 포름산은 주로 개미가 적을 공격할 때 사용하는데 식물에게 포름산을 사용하는 사례는 처음이다. 이로써 개미는 안정된 거주 공간을 얻고, 히수타 나무는 자기 종이 번성하게 된다.

이처럼 생물들 간에 일어나는 상부상조 현상을 공생(共生, symbiosis)이라 부른다. 악마의 정원에서 일어나는 히수타 나무와 슈마니 개미의 공생은 생태학적으로 중요한 의미를 가진다. 지구상에 두 생물이 처음 생겨날 때부터 공생관계를 맺지는 않았을 것이기 때문이다. 히수타 나무와 슈마니 개미도 서로에게 편리를 제공하며 보호를 받기까지 경쟁식물이나 초식동물과 싸워온 ‘도전과 응징의 역사’가 있었을 것이다.

슈마니 개미와 비슷하지만 식물이 아니라 동물을 제거하는 개미도 있다. 바로 수도머멕스(Pseudomyrmex) 개미다. 수도머멕스 개미는 쇠뿔아카시아에 달린 커다란 가시 안에 거주지를 마련하고 꿀샘에서 단물도 얻어먹는다. 대신 수도머멕스 개미는 쇠뿔아카시아를 괴롭히는 식물을 갉아먹는 곤충을 제거해 준다. 평소 수도머멕스 개미는 워낙 사나워 곤충은 물론 사슴이나 말 같이 큰 동물조차도 나무 근처에 얼씬거리지 못하게 막아주기까지 한다.

한가지 재밌는 사실은 수도머멕스 개미와 쇠뿔아카시아의 공생에 적게 주고 많이 받으려는 법칙이 숨어있다는 것이다. 개미가 주로 이용하는 나무의 가지에서 나오는 꿀샘에는 단백질 성분이 거의 없다. 따라서 개미가 균형적인 영양소를 섭취하려면 반드시 다른 곤충들을 잡아먹어야 한다. 반면 개미가 접근하기 힘든 쇠뿔아카시아의 꽃의 꿀샘에는 당분은 물론 단백질이 풍부하다. 식물도 개미를 ‘보디가드’로 이용하면서 최대한 이윤을 남기려는 속셈을 갖고 있다는 것을 알 수 있다.

약육강식은 인간사에도 적용돼 생존을 위한 합리적인 근거로 이용된다. 그러나 현명한 생물들은 새로운 서식처나 자원들을 찾아나서는 고생을 하지 않고 주어진 환경에 더 잘 적응하는 법을 배운다. ‘도전과 응전의 역사’를 통해 결국 공생하는 법을 배운 히수타 나무와 슈마니 개미처럼 인류도 서로 공생하는 법을 배울 수 있었으면 좋겠다. (글 : 서금영 과학전문 기자)