협동이 필수적인 이유

“섬처럼 고립되어 있는 유기체는 하나도 없다. 각각의 유기체는 직접적으로든 간접적으로든 다른 유기체들과 관련을 맺고 있다.”—「공생—생물학적 관계 입문」(Symbiosis—An Introduction to Biological Associations).

“거미줄처럼 얽혀 있는 생태계.” 참으로 적절한 표현입니다. 실제로, 생태계는 서로 연관되어 있고 서로 의존해 있는 유기체들로 이루어진 망을 형성하고 있기 때문입니다! 인간도 거미줄처럼 얽혀 있는 그 생태계의 일부입니다. 굳이 멀리 가지 않아도 우리의 몸에서 그 증거를 찾을 수 있습니다. 우리의 소화관에서 묵묵히 일하고 있는 많은 수의 이로운 박테리아들은 해로운 침입자들을 물리치고 소화와 필수 비타민 생산을 도움으로 우리가 건강을 유지하도록 도와줍니다. 우리는 그 대가로 박테리아에게 먹이와 쾌적한 환경을 제공합니다.

동물계에도, 특히 소, 사슴, 양과 같은 반추 동물—되새김질을 하는 동물—에는 그와 비슷한 협력 관계가 존재합니다. 혹위—다시 말해 반추 동물의 첫째 위—에는 박테리아와 균류와 원생동물로 이루어진 사실상의 생태계가 형성되어 있습니다. 이러한 미생물들은 발효를 통해 채소에 들어 있는 섬유질 탄수화물인 셀룰로오스를 다양한 영양분으로 분해합니다. 심지어 딱정벌레, 바퀴벌레, 좀, 흰개미, 사냥벌류를 포함하여 셀룰로오스를 먹는 특정한 곤충들도 소화 과정에 박테리아를 이용합니다.

종류가 다른 유기체들 간에 이루어지는 그처럼 긴밀한 협동을 가리켜 공생이라고 합니다. * 톰 웨이크퍼드는 자신의 저서 「생물 간의 긴밀한 관계」에서 “그러한 협력 관계는 모든 생명체의 발달에 필수적”이라고 기술합니다. 잠시 흙에 대해 생각해 보도록 하겠습니다. 지구 상에 존재하는 생명체 가운데 많은 수가 흙에서 시작되었기 때문입니다.

 흙—사실상 살아 있는 유기체!

성서는 땅 즉 흙에 힘이 있다고 언급합니다. (창세 4:12) 일리 있는 말입니다. 건강한 흙은 생명이 없는 토양에 불과하지 않기 때문입니다. 흙은 복잡한 성장 환경이며 유기체로 가득 차 있습니다. 1킬로그램에만도 박테리아 5000억 마리, 진균류 10억 마리, 곤충에서 벌레에 이르는 다세포 생물이 많게는 5억 마리까지 들어 있기도 합니다. 이러한 유기체들 가운데 다수는 협력하여 죽은 나뭇잎과 동물의 배설물 같은 유기물을 분해하는 한편, 질소를 추출하여 식물이 흡수할 수 있는 형태로 전환시킵니다. 또한 탄소를, 식물이 광합성을 하는 데 필요한 이산화탄소와 그 밖의 화합물로 바꿉니다.

알팔파, 클로버, 완두, 콩 등의 콩과 식물은 박테리아가 뿌리를 “감염”시키도록 놔둔다는 점에서 박테리아와 특별한 관계에 있습니다. 그러나 박테리아는 콩과 식물에 해를 주는 것이 아니라 뿌리를 자극하여 작은 혹이 자라게 합니다. 박테리아는 그 혹에 집을 짓고 원래 크기보다 40배나 더 크게 자라 박테로이드가 됩니다. 이들이 하는 일은 질소를 콩과 식물이 사용할 수 있는 화합물로 “고정”시키는 것입니다. 그 대가로 박테리아는 식물로부터 먹이를 공급받습니다.

진균류에 속하는 곰팡이 역시 식물의 성장에 중요한 역할을 합니다. 사실, 거의 모든 교목과 관목과 풀은 지하에서 비밀리에 곰팡이와 긴밀한 관계를 맺고 있습니다. 이러한 유기체들도 뿌리를 “감염”시키고는 그곳에서 식물이 수분이나 철·인·칼륨·아연과 같은 중요한 무기질을 흡수하도록 돕습니다. 그 대가로, 엽록소가 없어서 먹이를 스스로 생산할 수 없는 곰팡이는 그러한 식물로부터 탄수화물을 흡수합니다.

곰팡이에 크게 의존하는 식물로 난초가 있습니다. 야생 상태에 있을 경우, 그러한 협력 관계는 난초가 분말 형태의 씨앗일 때부터 시작되는데, 그러한 씨앗이 발아하려면 도움이 필요하기 때문입니다. 또한 난초는 다 자라도 뿌리가 상당히 작은데, 곰팡이는 그러한 뿌리를 보완해 줌으로 난초를 도와줍니다. 웨이크퍼드는 이렇게 기술합니다. “[곰팡이는] 그물처럼 넓게 퍼져서 활발하게 영양분을 구해 옴으로 난초가 영양분을 충분히 섭취할 수 있게 해 준다. 그 대가로 [곰팡이는] 난초로부터 소량의 비타민과 질소 화합물을 받기도 한다. 하지만 난초의 너그러움에는 명확한 한계가 있다. 곰팡이가 난초의 뿌리 안에 있는 자기 집에서 살다가 위로 올라와 줄기를 침범하려는 기미가 보이면, 난초는 천연 곰팡이 제거제를 사용하여 저지한다.”

꽃식물이 흙 속에서 맺는 긴밀한 관계는 빙산의 일각에 불과합니다. 그러한 식물은 눈에 더 잘 띄는 다른 협력 관계를 맺기도 합니다.

번식을 위한 동반자 관계

벌이 꽃에 앉으면 꽃식물과 공생하는 동반자 관계를 맺게 됩니다. 벌은 화밀과 꽃가루를 받고, 꽃은 종류가 같은 다른 꽃에서 가져온 꽃가루를 얻게 됩니다. 이러한 협력 관계를 통해 꽃식물은 생식을 할 수 있게 됩니다. 꽃은 수분이 되고 나면 먹이 생산을 중단합니다. 곤충들은 이제 “식당” 문이 닫혔다는 것을 어떻게 알 수 있습니까? 꽃이 다양한 방법으로 곤충들에게 그 점을 “알려” 줍니다. 꽃에서 더는 향기가 나지 않기도 하고, 꽃잎이 떨어지기도 하며, 꽃이 향해 있는 방향이 바뀌거나 어쩌면 칙칙해지는 식으로 색깔이 변할지도 모릅니다. 그렇게 되는 것이 우리에게는 실망스러운 일일지 모르지만, 열심히 일하는 벌에게는 매우 “친절한” 행동입니다. 그 덕분에 이제 벌은 여전히 거래를 할 수 있는 식물에 노력을 집중할 수 있기 때문입니다.

최근 몇 년 사이에 일부 지역에서는 수분 매개 곤충, 특히 벌의 수가 급격히 감소하였습니다. 이러한 추세는 뭔가 좋지 않은 일이 벌어질 조짐입니다. 꽃식물의 거의 70퍼센트는 수분 매개 곤충에 의존하고 있기 때문입니다. 더욱이, 우리가 먹는 식량의 30퍼센트는 벌에 의해 수분되는 농작물에서 납니다.

정원에 사는 개미

일부 개미들도 식물과 공생하는 협력 관계를 누립니다. 그러한 개미들은 보금자리와 먹이를 제공받는 대가로 식물에 수분을 시켜 주거나, 씨를 퍼뜨려 주기도 하고,  영양분 섭취를 도와주거나, 식물을 먹고 사는 곤충이나 포유류로부터 보호해 주기도 합니다. 아카시아나무의 속이 빈 가시 속에 집을 짓고 사는 한 종의 개미는, 나무 주위의 영역을 순찰하다가 위협이 되는 덩굴을 발견하면 심지어 그 덩굴을 죽이기까지 합니다. 아카시아나무는 이러한 특급 원예 서비스에 대한 감사의 표시로 개미에게 달콤한 화밀을 듬뿍 제공합니다.

그런가 하면, 어떤 개미들은 “축산” 쪽을 선호하여 진딧물을 돌보기도 하는데, 개미가 더듬이로 쓰다듬어 주면 진딧물은 달콤한 감로를 분비합니다. 진딧물과 관련하여 「공생」(Symbiosis)이라는 책에서는 이렇게 기술합니다. “개미들은 그 곤충들을 소 키우듯이 돌보는데, 먹이를 채취하고 포식자로부터 보호해 준다.” 밤이 되면 낙농업자들이 소를 축사에 들여놓듯이, 개미들도 흔히 저녁이 되면 진딧물을 안전한 개미집에 들여놓았다가 아침이 되면 “목초지”, 다시 말해 대개 더 어리고 영양가가 더 풍부한 잎에 데려다 놓습니다. 그런데 여기서 말하고 있는 진딧물이란 단지 몇 마리에 불과하지 않습니다. 개미가 한 개미집에서 여러 “떼”로 나누어 기르는 진딧물은 수천 마리에 이르기도 합니다!

나비 중에는 아직 애벌레 단계에 있을 때 개미의 돌봄을 받는 종들도 있습니다. 예를 들어,  큰점박이푸른부전나비는 붉은개미와 공생 관계에 있습니다. 사실, 이 나비는 붉은개미의 도움이 없이는 생활사를 온전히 마칠 수 없습니다. 이 나비는 애벌레일 때 달콤한 배설물을 분비하여 붉은개미에게 보답합니다. 나중에 번데기에서 나온 나비는 아무런 해도 입지 않고 안전하게 개미집을 떠납니다.

위험한 동거

당신이 새라면 살아 있는 뱀을 둥지에 들여놓겠습니까? “절대 그런 일은 없을 겁니다!”라고 당신은 말할 것입니다. 하지만 그렇게 하는 새가 한 종류 있는데, 바로 외양간올빼미입니다. 이 올빼미가 둥지에 들여놓는 뱀은 장님뱀이라고 불립니다. 이 뱀은 새끼 새들을 해치는 것이 아니라, 개미와 파리 같은 곤충들과 그러한 곤충들의 애벌레나 번데기를 잡아먹습니다. 「뉴사이언티스트」지에 실린 한 보고에 따르면, 장님뱀이 있는 둥지에서 자란 새끼 새는 살아 있는 진공청소기와도 같은 이 뱀이 없는 둥지에서 자란 새끼 새에 비해 “성장 속도가 빠르고 생존 가능성도 더 높”습니다.

물가돌물떼새라는 새와 팀을 이루는 동물은 뱀 정도에 그치지 않습니다. 이 새는 나일악어의 집 근처에 둥지를 틀기 좋아하는데, 이 파충류의 먹이 중에는 특정한 새들도 있습니다! 하지만 물가돌물떼새는 악어의 먹이가 되는 것이 아니라 보초병 노릇을 합니다. 자기 둥지나 악어의 집에 위험이 닥치면 이 새는 경고의 울음소리를 냅니다. 악어는 밖에 나가 있는 동안 이 소리를 들으면 쏜살같이 집으로 달려옵니다.

쪼고 빨아서 하는 청소

황로나 소등쪼기새가 영양이나 소나 기린의 등에 앉아 그 동물들의 피부를 쪼고 있는 모습을 본 적이 있습니까? 그 새들은 귀찮은 존재이기는커녕, 사실 그 동물들이 스스로 없애지 못하는 이와 진드기 같은 기생충을 잡아먹음으로 큰 도움을 베풀고 있는 것입니다. 그 새들은 감염된 조직과 구더기도 먹습니다. 심지어 소등쪼기새는 ‘쉬’ 소리를 내어 자신이 타고 있는 동물에게 위험을 알리기도 합니다.

 하마는 주로 물속에서 지내는 습성 때문에 새와 물고기 “친구들”의 도움을 받아 몸을 깨끗이 청소합니다. 하마가 물속에 있으면, 잉엇과에 속하는 검은라베오라는 물고기가 조류, 죽은 피부, 기생충 등 하마의 몸에 붙어 있는 거의 모든 것을 “진공청소기”로 빨아내듯이 먹어 치웁니다. 이 물고기는 심지어 하마의 이빨과 잇몸까지 청소해 줍니다! 다른 종의 물고기들도 도움을 베푸는데, 어떤 물고기들은 상처를 깨끗하게 해 주기도 하고 또 어떤 물고기들은 기다란 주둥이를 이용해 하마의 발가락 사이와 손질하기 어려운 다른 부위들을 청소해 주기도 합니다.

물론, 물고기도 조직이 손상되거나 병들고 갑각류, 외부에 있는 박테리아, 곰팡이, 이가 생기는 등 몸에 불필요한 것이 붙기 때문에 이러한 것들을 제거할 필요가 있습니다. 바다에 사는 물고기들은 그러한 것을 제거하기 위해 대개 공중목욕탕으로 향합니다. 그러한 곳에 가면 밝은 빛깔의 망둥이, 놀래기, 청소부 새우가 고객들의 온몸을 깨끗이 청소해 주고 그러한 수고에 대한 대가로 먹이를 얻습니다. 덩치 큰 물고기는 심지어 한 팀을 이룬 청소부들을 거느리고 다니기도 합니다!

고객이 되는 물고기는 다양한 방법으로 몸을 청소하고 싶다는 욕구를 표현합니다. 일례로, 어떤 물고기들은 고개를 숙이고 꼬리를 쳐드는 특이한 자세를 취합니다. 또는 마치 “이리 들어오렴. 물지 않을게”라고 말하는 듯 입과 아가미를 크게 벌리기도 합니다. 그러면 청소부들은 고객이 곰치나 상어와 같이 무시무시한 포식자라 하더라도 기다렸다는 듯이 서비스를 제공합니다. 일부 고객들은 청소를 하는 동안 아마도 기생충들이 더 잘 보이도록 몸 색깔을 바꾸기도 합니다. 「동물들의 동반자 관계」(Animal Partnerships)라는 책에서는 청소부 물고기가 없는 수족관에 사는 바닷물고기는 “얼마 안 가서 기생충에 감염되어 병이 난다”고 기술하면서, 이렇게 말을 잇습니다. “그러나 청소부 물고기들을 수족관에 넣자마자 이 물고기들이 작업에 들어가 바닷물고기들을 깨끗이 청소해 주며, 다른 물고기들도 무슨 일이 일어나고 있는지 아는 듯 줄을 서서 청소해 주기를 기다린다.”

그러한 협동에 대해 알면 알수록, 우리는 주위에 있는 생물계에 분명히 나타나 있는 조화와 상호 의존에 대해 그만큼 더 외경심을 갖게 됩니다. 모든 유기체가 관현악단의 연주자들처럼 각자 자기가 맡은 역할을 다하고 있기 때문에, 인간을 비롯한 모든 생물의 삶의 교향곡을 연주할 수 있고 그를 통해 즐거움을 누릴 수 있는 것입니다. 틀림없이, 이것은 지성이 반영된 설계가 이루어졌으며 최고의 설계자가 존재한다는 증거입니다!—창세 1:31; 계시 4:11.

부조화의 유일한 근원

인간이 자연계와 협동하는 면에서 종종 부족함을 드러낸다는 것은 참으로 안타까운 일이 아닐 수 없습니다. 주로 본능의 지배를 받는 동물들과는 달리, 사람들은 사랑을 비롯한 건전한 특성들에서부터 미움과 탐욕스러운 사리사욕에 이르기까지 다양한 요인의 영향을 받습니다.

사람들이 가면 갈수록 나중에 언급된 특성들을 지배적으로 나타내는 것 같기 때문에, 많은 사람들은 지구의 미래에 대해 염려합니다. (디모데 둘째 3:1-5) 하지만 그들은 창조주를 고려하고 있지 않은 것입니다. 땅에 대한 하느님의 목적이 이루어지면, 자연의 균형이 적절히 회복될 뿐만 아니라 인간을 포함한 모든 생물들이 전례 없는 조화를 이루게 될 것입니다.

[각주]

[7면 네모와 삽화]

이중 유기체

바위와 나무줄기에서 종종 눈에 띄는, 회색이나 녹색을 띤 두툼한 반점처럼 생긴 것은 아마도 지의류일 것이다. 어떤 자료에서는 지의류의 종류가 많게는 2만 가지나 된다고 알려 준다! 지의류는 단일 유기체인 것처럼 보이지만, 사실은 균류와 조류의 복합체이다.

이 두 유기체가 결합하는 이유는 무엇인가? 균류는 스스로 양분을 생산하지 못한다. 따라서 광합성을 통해 당분을 만드는 조류를 섬세한 실로 감싼다. 조류가 만든 당분의 일부는 세포벽을 통해 새어 나오는데, 균류는 이러한 당분을 흡수한다. 그 대가로 조류는 균류로부터 수분을 공급받고 과도한 햇볕으로부터 보호받는다.

한 과학자는 유머 감각을 발휘하여, 지의류를 한마디로 요약하면 “농업을 창안해 낸 균류”라고 하였다. 실제로 지의류는 뛰어난 농부이다. 「생물 간의 긴밀한 관계」라는 책에서 알려 주듯이, 지의류가 “덮고 있는 지표면의 넓이가 열대 우림 넓이의 열 배”나 되는 것을 보면 그 점을 알 수 있다. 지의류는 북극에서부터 남극에 이르기까지 널리 분포해 있으며, 심지어 살아 있는 곤충의 등에서도 잘 자란다!

[8면 네모와 삽화]

산호—공생의 경이

산호초는 폴립과 조류로 이루어져 있다. 폴립 세포 내에 있는 공간이라는 공간은 모두 조류로 가득 차 있다 보니 산호는 조류가 지니고 있는 밝은 빛깔을 띠게 된다. 또한 많은 경우에 조류가 폴립보다 무게가 더 많이 나가기 때문에, 때로는 3 대 1 정도로 더 나가기 때문에, 산호는 동물이라기보다 오히려 식물에 더 가깝다! 하지만 조류의 주된 기능은 광합성을 통해 유기 화합물을 만드는 것이며, 그렇게 해서 만든 화합물의 98퍼센트는 집주인에게 “집세”로 준다. 폴립이 살아가고 또한 산호초를 이루는 석회암 골격을 만들려면 그러한 영양분이 있어야 한다.

조류는 이러한 협력 관계를 통해 적어도 두 가지 면으로 유익을 얻는다. 첫째로, 조류는 폴립의 폐기물—이산화탄소, 질소 화합물, 인산염—의 형태로 영양분을 얻는다. 둘째로, 단단한 골격으로 인해 보호를 받는다. 조류는 햇빛도 필요하다. 따라서 산호초는 햇빛이 잘 드는 맑은 물에서 자란다.

수온이 올라간다든지 해서 산호가 스트레스를 받게 되면, 폴립은 조류를 배출하여 탈색된다. 그러면 산호는 굶주려 죽게 될 수 있다. 최근 몇 년 사이에 과학자들은 세계 전역에서 산호의 탈색이 염려스러울 정도로 증가하고 있는 것을 관찰해 왔다.

[8, 9면 네모와 삽화]

 생물들의 협동에서 배울 수 있는 점

촘촘한 대형을 이루어 날아가는 새들처럼 제트기 두 대가 창공을 가르며 날아갔다. 하지만 이 비행은 평범한 비행이 아니라, 사다새를 이용해 이전에 행해진 연구를 근거로 실시한 과학적 실험이었다. 연구가들이 알게 된 사실은, 대형을 이루어 날아가는 사다새들은 앞에서 날고 있는 새들로 인해 가외의 양력을 얻게 되며, 그 결과 혼자 날 때에 비해 심장 박동이 15퍼센트 감소한다는 것이다. 항공기에도 이와 동일한 공기 역학적 원리가 적용될 수 있는가?

그 점을 알아내기 위해 공학자들은 실험용 비행기에 정교한 전자 장비를 탑재하였다. 그 장비를 사용하면 조종사는 자신의 비행기가 앞에서 날아가고 있는 비행기에서 일정한 거리 떨어져 있는 특정한 지점에서 30센티미터 이상 벗어나지 않게 할 수 있다. 이 경우에는 그 거리가 약 90미터였다. (사진 참조) 결과는 어떠했는가? 실험용 제트기가 받는 저항이 평소보다 20퍼센트 감소했으며, 연료도 많게는 18퍼센트나 절약되었다. 연구가들은 이러한 연구 결과를 군용 항공기뿐만 아니라 민간 항공기에도 응용할 수 있을 것으로 내다보고 있다.

[자료 제공]

제트기들: NASA Dryden Flight Research Center; 새들: © Joyce Gross

[5면 삽화]

소의 반추위에서는 박테리아, 균류, 원생동물이 사실상 생태계를 이루며 서식하고 있다 (확대 삽입 사진)

[자료 제공]

삽입 사진: Melvin Yokoyama and Mario Cobos, Michigan State University

[7면 삽화]

벌들 덕분에 꽃식물들은 생식을 할 수 있게 된다

[8, 9면 삽화]

황로와 함께 있는 소

[10면 삽화]

작은 청소부 물고기와 함께 있는 너구리나비고기

[10면 삽화]

아네모네 위에 있는 얼룩청소새우