짚신벌레 속에 공생하는 단세포 하등식물 주클로렐라

짚신벌레는 교과서에 자주 등장하는 1개 세포로 살아가는 원시적인 단세포동물이다. 짚신벌레는 30여 종 이상 알려져 있으며, 그중에 학명이 Pamamecium bursaria인 짚신벌레의 세포 속에는 주클로렐라(Zoochlorella)라 불리는 매우 작은 광합성을 하는 단세포식물(녹조류)이 평균 700개나 들어가 내부 공생을 하고 있다. 짚신벌레는 공생하는 주클로렐라에게 이동하는 집이 되어 주고, 주쿨로렐라는 짚신벌레에게 광합성으로 생산한 영양분을 제공한다.

파라메슘 부르사리아(크기 80-150μm) 속에는 클로렐라(Chlorella) 무리로 분류되는 2-10μm 크기의 지극히 작은 단세포 녹조류 주클로렐라가 공생한다. 부르사리아 짚신벌레는 유기물이 많은 담수에서 섬모로 헤엄치고 다니며, 논이나 웅덩이 물에서 채집하여 광학현미경으로 관찰할 수 있다. zoochlorella의 zoo는 ‘움직이는 생물’이라는 의미가 있다.

짚신벌레가 돌아다니며 구강을 통해 박테리아를 잡아먹고 있다.

일반적인 짚신벌레의 구조이다. contractile vacuole: 수축포(수축포 속의 세포액을 움직여 몸을 자유롭게 변형한다), radiating canals: 신축운동 조절, cilia: 다수의 가느다란 섬모(세포 전체를 이동시키는 역할), pellicle: 얇은 막, oral groove: 먹이가 유입되는 공간(구강口腔), cell mouth: 세포 입(부르사리아 집신벌레 내부에 공생하는 주클로렐라는 이 입을 통해 출입할 수 있다.), anal pore: 배설구, food vacuoles: 먹이를 소화하는 식포(食胞), cytoplasm: 세포질, macronucleus: 대핵, micronucleus: 소핵

고등식물의 잎에는 광합성을 하는 엽록체가 있다. 광합성 식물이 탄생한 이후부터 지구의 생물들은 다양하게 진화할 수 있게 되었다. 최초로 탄생한 식물에는 엽록체가 어떻게 생겨나게 되었을까? 정확하게 알 수는 없지만, 과학자들은 약 15억 년 전에 광합성 기능을 가진 시아노박테리아라 불리는 미세한 생명체(원핵생물)가 원시세포에 들어가 공생하게 되면서 엽록체가 되었을 것이라고 추정한다.

식물의 잎세포에 가득한 엽록체 모습을 보면 파라메슘 부르사리아의 세포 속에 공생하는 주클로렐라와 비슷해 보인다.

시아노박테리아는 광합성 기능을 가진 가장 원시적인 원핵생물이다. 시아노박테리아는 광합성을 하는 색소(photopigment) 때문에 청록색으로 보인다. 따라서 청록조류(blue green algae)로 분류되며, 그들의 색소는 엽록소, 카로티노이드와 같은 광합성 색소로 변화할 수 있었다.

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원핵생물과 진핵생물의 차이

세상의 생물은 핵막으로 둘러싸인 핵이 세포 속에 있는가 없는가에 따라, 핵이 없는 것은 원핵생물(原核生物 prokaryote), 핵이 있는 것은 진핵생물(眞核生物 eukaryote)이라 한다. 약 30억 년 전, 지구에 처음 탄생한 단세포 생명체의 세포 속에는 핵과 마이토콘드리온과 같은 세포기관이 제대로 없는 원시세포(protocell)였다. 시아노박테리아와 고세균이라 불리는 가장 하등한 단세포생물이 원핵생물이며, 원핵생물이 진화하여 핵을 가진 진핵생물이 탄생하게 되었다.

​고래와 소나무를 포함한 세상의 모든 동물과 식물, 곰팡이, 대다수의 박테리아 종류는 모두 진핵생물이다. 그러므로 지구상의 생물은 거의 모두가 진핵생물이라 하겠다. – YS

진핵생물(왼쪽)과 원핵생물(오른쪽)의 내부 구조 차이를 설명한다. 원핵생물은 핵상체(核像體 nucleoid)라 불리는 것에 유전물질이 있다. 원핵생물은 세포 하나의 모습으로 30억 년을 진화해왔다. 그 속에 얼마나 많은 신비가 있는지 거의 모르고 있다.

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