곤충과 해충 이야기(Entomology and Pest Management)


최초의 농부는 개미?-Ants Were the First Farmers
  Fifty million years ago, some ants gave up hunting oyher insects and started growing gardens of fungus for food. They spread fertilizer and herbicide and carefully weed their crops. Those aren't the only parallels with human agriculture,...개미의 곰팡이 농사

주제분류 : 과학기술
날짜/시간 : 19980810/085101, 문화일보
기사제목 : 333,000종 딱정벌레의 비밀
기사내용
     현란한 형태와 색상을 띠고, 큰 골리앗 딱정벌레부터 보석같은 거북 딱정벌레, 친근한  무당벌레까지 크기도 다양한 딱정벌레(beetle·곤충강 딱정벌레목에 속하는 모든 곤충)들은 지상의 어떤 식물이나 동물群(군)보다 種(종)이 다양한 부정할 수 없는 지구의 지배자이다.  딱정벌레의 압도적인 종적 다양성은 진화생물학계에서 회자되는 유명한 재담의 주제가 됐다. 금세기 중반 영국의 생물학자인 J B S 홀대인은 신학자들에게서 “神(신)이 창조물을 연구하면서 신에 관하여 무엇을 배웠는가”라는 질문을 받았다. 그는 “신은  딱정벌레를 지나치게 좋아하셨다고 답했다.  딱딱한 껍데기를 가진 이 동물들에 매혹돼 생물학자들은 오랫동안 관심을 쏟았지만,   알려진 것만 33만종인 이 딱정벌레가 어떻게 지구를 지배하게 됐는가에 대해선 추측 이외에 그다지 알려진게 없다.  과학저널 '사이언스’최근호는 딱정벌레가 그토록 많은 종을 이루게된 ‘다양성의   비밀’에 대해 다루고 있다. 바로 그들의 ‘먹이’ 때문이라는 것이다.    하버드대학 비교생물학박물관 큐레이터인 브라이언 D 파렐박사는 오래전부터 꽃이 피는 식물(開花植物·개화식물)을 먹도록 진화된 딱정벌레群이, 원시식물이나 종이 다양치 못한 식물을 계속 먹이로 삼은 딱정벌레群에 비해 수천종으로 폭넓게 진화했다는 것을 입증했다. 사과나무 난초 풀 등 거의 모든 친숙한 種(species)을 포함하는,세상에서 가장 다양한 식물군인 개화식물을 먹이로 함으로써, 딱정벌레도 많은 종으로 진화하게 됐다.   과학자들은 사실 이 연구가 딱정벌레에 국한되지 않고 다양한 방법으로 개화식물을 먹는 다른 많은 곤충들의 다양성에 대해서도 설명해주고 있다고 말한다. 파렐박사는 "동물이 새로운 서식지나 낯선 생존방법에 적응하면서 새로운 종으로 진화한다는 것은 생명의 다양성에 대해 많은 부분을 설명한다”며 “이것은 동물의 진화에 관한 고전적인 시나리오”라고 말했다.   이 연구는 생물학에 있어서 가장 중요하고 본질적인 질문에 대한 해답을 제시한다. 왜 지구상에는 그토록 많은 種이 살게 됐는가. 이유는 간단하다. ‘다양성이 다양성을  낳는다’는 것이다. 사실 개화식물 스스로가 그처럼 다양하게 됐다는 것은 우연의 일치가 아니다. 왜냐하면 개화식물을 공격하는 딱정벌레나 다른 곤충들은 그 식물이 새롭고, 더욱 스스로를 보호할 수 있는 종들로 진화하도록 압력을 가했을 것이기 때문이다.  식물이 다양할수록 딱정벌레도 다양해진다. 딱정벌레가 많아지면 더 많은 식물이 생겨난다. 딱정벌레가 늘어나면 딱정벌레 기생동물이나 포식동물도 많아지고 또 이들 포식자를 먹는 생물이 생겨나고… 하는 것과 같은 이치다.  파렐박사는 식물을 먹는 수많은 딱정벌레의 종들을 대표하는 1백여종에 대한 진화의 系統樹(계통수·evolutionary tree)를 작성했다. 그 결과 파렐박사는 딱정벌레의 어떤 그룹들이 더 밀접하고, 어떤 종이 소나무나 다른 침엽수, 소철류 은행나무 등 겉씨식물로 불리는 오래된 원시식물을 지속적으로 먹어왔으며, 어떤 종이 더 빨리 개화식물에 적응했는가 등을 알 수 있었다. 개화식물을 먹는데 적응한 딱정벌레群은 겉씨식물을 먹는 것보다 다양하게 진화했으며, 어떤 경우 1천배가 넘는 것도 있었다.   학자들은 이미 다양한 진화를 추동하는 동력으로 ‘相互進化’(상호진화·co-evolution)라는 과정을 이론화했었다. 34년전 스탠퍼드대학의 폴 에어릭박사와 미주리식물원의 피터 레이븐박사가 정립한 상호진화 이론은 종들이 진화과정에서 상호작용을 하며 적응하고, 또 새로운 종을 낳으며 변화한다는 것이다.  파렐박사의 연구결과는 이 분야에서 특별한 의미를 지닌다. 왜냐하면 1993년 스미소니언연구소 부설 국립자연사박물관의 고생물학자인 콘래드 C 라번데이라박사와 그의 동료인 시카고대학의 잭 셉코스키박사가 사이언스지에 연구논문을 발표하자, 상호진화 이론은 여러 부분에서 곤경에 처했기 때문이다.  두 과학자는 화석자료의 분석을 통해, 꽃의 등장과 함께 곤충종의 거대한 群인 곤충 科(과·family)의 수가 증가하지 않았다는 것을 발견했다. 이는 곧 곤충의 다양성은 그것들이 먹는 꽃의 다양한 분화와 관련이 없다는 것을 나타낸다.  그러나 라번데이라박사는 파렐의 연구를 매우 중요한 성과로 평가하면서, 자신들의 연구결과와 상충되지 않는다고 말했다. 그는 과거 자신들의 연구는 곤충의 科의 증가에 초점을 둔 것이고 이번 연구는 곤충種 수의 증가에 중점을 둔 것이라고 지적했다. 그는 자신의 화석에 의한 種의 연구가 파렐의 새로운 발견을 뒷받침할 것이라고 말했다. 그러나 딱정벌레의 다양성에 대한 몇가지 의문은 여전히 남는다. 일리노이대학의 진 화생태학자 메이 베른바움박사는 ‘다른 곤충과, 또 식물의 새싹이나 뿌리·잎·꽃 또는 씨앗을 먹고 사는 포유류 등과 비교해, 왜 딱정벌레만 광범위한 종의 다양성을 꽃  피웠는가’라는 의문을 제기한다.  아마 가장 놀라운 결과는 몇몇 딱정벌레들은 진화하는 새로운 식물들을 먹을 수 있는 수많은 새로운 종들로 진화한 반면, 다른 딱정벌레는 먹는 습관이 놀랄 정도로 보수 적이라는 것을 발견한 것이다. 딱정벌레의 계통수를 바탕으로 파렐은 공룡이 지구를 지배하던 2억년전부터 원시 겉씨식물을 먹고 살아온 잎딱정벌레·바구미·긴뿔딱정벌레 등 여러개의 고대 딱정벌레 혈통을 발견했다.이들 고대 群集(군집)은 식물과 곤충과의 拮抗(길항)관계로 볼때 가장 오래된 것들이다. 아르헨티나에서는 딱정벌레가 여전히 겉씨식물의 고대혈통인 남양삼목(Araucaria)을 먹는데, 과학자들은 이들 딱정벌레의 선조들이 파먹은 남양삼목의 화석을 발견하기도 했다. 과학자들은 이들 고대 딱정벌레의 발견에 대해 ‘놀랍고 예외적인’경우로 보고 있다. 라번데이라는 “많은 사람들이 이같은 발견을 믿으려하지 않는다”고 말했다. 왜냐하면 곤충들은 극단적으로 빨리 진화할 수 있는 것으로 알려져 있기 때문이다. 곤충이 살충제에 대한 耐性(내성)을 갖게되거나 서식지에 옮겨온 새로운 식물을 먹이로 삼는  것 등은 흔히 관찰된다.   몇몇 고대 딱정벌레의 단조로운 생활방식은 이와 너무나 대조된다. 파렐박사는 이들 고대 딱정벌레들의 무리를 영화 ‘쥐라기 공원’에 빗대어 ‘작은 트라이아직기 공원 ’(중생대의 약 2억2천5백만년∼1억9천만년전 사이)이라 이름 붙였다. 이들 무리는 새로운 먹이에 적응하는데 무언가 어려움이 있었거나, 원시식물이 먹이로서 대단히 만족스러웠거나 등의 이유가 있겠지만 정확한 원인은 알 수 없다.         <嚴柱葉기자>

영어원문 및 그림: 식물 화분 수정(受精)-방화(訪花)곤충(딱장벌레류)의 종다양성에 대한 과학 기사( NewYorkTimes July 28, 1998: A Taste for Flowers Helped Beetles Conquer the World)