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- 150그루 이상의 나무와 16종의 수종 샘플 분석. 11종은 전 세계에 151개국에서 발견된다.
- 미생물 군집은 심재와 변재로 뚜렷하게 구분돼 있다.
-,각 나무는 다른 식물조직이나 생태계 구성요소와 유사성 없이 고유한 미생물 군집 유지.
- 심재에 고균을 포함한 수많은 혐기성 미생물을 발견
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나무줄기에는 1조 마리의 미생물이 서식한다.
분석 결과는 나무의 미지 미생물군집에 대한 첫 번째 통찰 제공

최대 1조 마리의 박테리아, 균류, 그리고 기타 미생물들이 한 그루의 나무에 서식한다는 사실이 분석 결과를 통해 처음으로 밝혀졌다. 이러한 나무에 서식하는 미생물 중 다수는 다른 서식지에서는 발견되지 않은 독특한 종이다. 각 수종은 고유한 미생물 군집을 갖고 있다. 연구진은 "네이처"에 기고한 논문에서, 이번 나무 미생물군집 발견은 각 나무줄기가 그 자체로 하나의 세계, 즉 작은 생태계임을 강조한다고 밝혔다. 

▲ 나무의 숲에는 수조 개의 미생물이 서식하고 있다. 즉, 나무 자체의 미생물 군집이 있는 것이다. pixabay

지구상에는 3조 개가 넘는 나무가 있다. 나무는 풍경을 형성하고, "녹색 폐"이자 기후 완충 역할을 하며, 수많은 생명체에게 서식지를 제공한다. 모든 나무의 전형적인 특징은 나무줄기다. 나무줄기는 나무의 안정성을 제공할 뿐만 아니라, 물과 영양분을 수관으로 운반하고 나무줄기의 두께를 유지하는 역할을 한다.

"미지의 영역(terra incognita)"으로 불리는 통나무

하지만 나무 목재의 한 측면은 여전히 알려지지 않았다. 예일대학교의 와이엇 아놀드(Wyatt Arnold)와 그의 동료들은 "지구상 최대의 바이오매스 저장소인 살아있는 나무의 목재에 어떤 미생물이 서식하는지에 대한 연구는 거의 전무하다"고 설명했다. 생물학자들은 이미 나무껍질, 잎, 뿌리에 어떤 미생물이 서식하는지 조사했지만, 나무줄기 내부는 미지의 영역이었다.

이제 상황이 바뀌었다. 아놀드와 그의 동료들은 나무의 심재와 변재에 어떤 미생물이 서식하는지 처음으로 체계적으로 조사했다. 이를 위해 그들은 150그루 이상의 나무와 16종의 수종(자작나무와 참나무 여러 종, 너도밤나무, 소나무, 솔송나무, 물푸레나무, 히코리, 새벚나무)의 목재 샘플을 분석했다. 연구팀은 "이 중 11종은 전 세계에 분포하며 151개국에서 발견된다."라고 말했다.

식물 세포 20개당 한 마리의 룸메이트

분석 결과, 나무의 목재에는 놀라울 정도로 풍부하고 다양한 생물상이 존재했다. 아놀드와 그의 연구팀은 "평균적인 나무에는 식물 세포 20개당 약 한 개의 원핵세포가 존재한다는 것을 보여주는 데이터"라고 보고했다. 연구진의 계산에 따르면, 나무 한 그루의 목재에는 평균 1천억 개에서 약 1조 개의 미생물 세포가 포함되어 있다.

"이는 평균적인 인간의 미생물군보다 약 10배 적다. 하지만 이는 예상된 결과였다."라고 연구진은 설명했다. 우리의 장과 다른 신체 부위는 미생물 룸메이트에게 훨씬 더 유리한 조건, 특히 더 많은 영양소를 제공한다. 아놀드와 그의 연구팀은 "반면에 나무는 박테리아가 분해하기 어려운 셀룰로스와 리그닌으로 주로 구성되어 있어 쉽게 구할 수 있는 기질이 거의 없다."라고 말했니다. 또한 많은 나무는 박테리아와 곰팡이의 활동을 억제하는 식물성 화합물을 생성한다.

▲ 추정적으로 전 세계 숲의 살아있는 나무에 존재하는 원핵미생물의 총 개체 수는 1천 조 개에 달한다. pixabay

미생물 다양성의 피난처

이러한 단점에도 불구하고, 나무 목재는 엄청나게 많은 미생물 공생체를 보유하고 있다. 연구진은 "추정적으로 전 세계 숲의 살아있는 나무에 존재하는 원핵미생물의 총 개체 수는 1천 조 개에 달한다"고 기술했다. "이는 나무가 생물 다양성의 피난처이자 나무 건강과 숲 생태계의 핵심 요소인 잠재적인 생물들의 서식지임을 보여준다.”

미생물 공생체의 양과 종류는 수종에 따라 다르다. 하지만 이 또한 놀라운 일이 아니다. 아놀드와 그의 동료들은 "나무의 환경은 수종마다 다르다. pH, 수액 내 탄수화물 및 항균 물질의 농도, 그리고 나무를 통과하는 수액의 양에 차이가 있다."라며 "나무의 미생물 군집은 숙주의 이러한 생화학적 및 물리적 차이에 적응하기 위해 진화한다.”고 설명했다.

심재의 메탄 생성 고균

이 분석은 또한 나무에 서식하는 미생물과 그중 많은 미생물이 얼마나 독특한지에 대한 더 자세한 정보를 밝혀냈다. 목재에 존재하는 많은 박테리아, 고균, 균류는 주변 식물과 토양에도 존재하는 그룹에 속하지만, 200종이 넘는 박테리아와 균류는 수목에서만 발견된다. 아놀드와 그의 동료들은 "목재 미생물 군집은 다른 서식지의 미생물 군집과 상당히 다르다"고 지적했다.

▲ 나무줄기의 목재는 영양분과 산소가 매우 부족한데도 박테리아, 균류, 심지어 고균까지 살고 있다.

심재에 서식하는 생물들은 특히 특별하다. 이 안쪽 줄기 부분은 산소와 영양분이 매우 부족하기 때문이다. 따라서 심재에 서식하는 생물들은 적절한 적응력을 가져야 한다. 아놀드와 그의 연구팀은 실제로 나무줄기의 이 구역에서 피르미쿠테스(Firmicutes) 군에 속하는 박테리아와 메탄을 생성하는 메타노박테리움(Methanobacterium) 속 고균을 포함한 수많은 혐기성 미생물을 발견했다. 연구팀은 "이들의 존재가 특히 흥미롭다"고 말했다. 다른 전형적인 목재 서식 생물로는 죽은 나무에서도 발견되는 균류와 박테리아, 그리고 내생공생 및 기생 미생물이 있다.

나무와 숲을 결정하는 요소

전반적으로 이는 나무 목재가 풍부하고 부분적으로는 독특한 생물권을 보유하고 있음을 보여준다. 이 나무 미생물 군집은 숙주와 전체 산림 생태계의 성장과 번영을 형성한다. 아놀드와 그의 동료들은 "이번 연구 결과는 식물이 숙주와 관련 미생물의 통합된 생태적 단위인 '홀로비온트(holobionts)'라는 개념을 뒷받침한다."라고 기술했다.

따라서 나무 목재는 이전에는 알려지지 않았고 거의 탐구되지 않은 서식지를 형성한다. 연구진은 "나무 내부 미생물 군집의 구성, 구조 및 기능을 탐구하면 나무 생리학과 산림 생태학에 대해 더 많은 것을 밝혀낼 수 있으며, 따라서 환경 미생물학의 완전히 새로운 분야를 열 수 있을 것"이라고 밝혔다.

참고: Nature, 2025; doi: 10.1038/s41586-025-09316-0
출처: Nature

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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