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- 빙하기 동안 매머드는 북미, 아시아, 유럽의 넓은 지역에 서식. 약 4천 년 전 멸종
- 빙하기 매머드 유해에서 수백 종의 미생물 DNA를 분리해냈다
- 110만 년 된 대초원 매머드 화석에서 이러한 매머드와 공존하는 미생물 중 하나를 발견
- 숙주 연관 미생물이 숙주와 함께 어떻게 진화했는지 연구하는 데 새로운 가능성 열어

매머드 미생물군집 재구성
매머드 화석에서 가장 오래된 숙주 박테리아 DNA 발견

고생물학자들이 빙하기 매머드 유해에서 수백 종의 미생물 DNA를 분리해냈다. 그중에는 110만 년 전에 살았던 박테리아도 포함돼 있다. 연구팀은 "Cell"에 이 박테리아의 유전체를 보고했는데, 이는 동물 미생물군집에서 발견된 세계에서 가장 오래된 박테리아 DNA다. 한때 매머드 체내에 살았던 박테리아는 이 빙하기 거대 동물의 삶과 죽음에 대한 새로운 통찰력을 제공한다. 

▲ 매머드는 빙하기 동안 널리 분포했다.

빙하기 동안 매머드는 북미, 아시아, 유럽의 넓은 지역에 걸쳐 서식했다. 그러나 약 4천 년 전에 멸종했다. 오늘날에는 화석만이 이 빙하기 상징의 삶, 분포, 그리고 점진적인 쇠퇴를 증명한다. 그중 일부는 영구 동토층에서 수천 년 동안 보존되어 매머드의 털, 피부, 유전 물질까지도 보존되었다. 그럼에도 불구하고, 이 장비류의 생활사와 멸종에 대한 많은 의문은 오늘날까지도 부분적으로만 해명된 상태다.

매머드 유물 속 미생물 탐색

스톡홀름 고유전학 센터의 벤자민 기네(Benjamin Guinet)가 이끄는 연구진은 추가적인 증거를 수집했다. 그들은 털매머드와 대초원 매머드(Mammuthus primigenius와 Mammuthus trogontherii) 화석 샘플 483개를 분석했다. 이빨, 뼈, 피부 잔해는 알래스카 유콘 준주와 시베리아를 포함한 북극 지역에서 발견됐으며, 110만 년에서 4,607년 전의 것으로 추정된다.

기네와 그의 동료들은 매머드 DNA가 아닌, 매머드 샘플에 포함된 미생물의 DNA에 집중하여 생물정보학 기술을 사용하여 분석했다. 이를 통해 매머드가 살아있을 때 이미 체내에 존재했던 미생물과 매머드가 죽은 후에야 유해에 침투한 미생물을 구별할 수 있었다.

▲ 맘모스 잔해 © Love Dalén

가장 오래된 박테리아 유전체

고유전학자들은 이러한 분석을 통해 310종의 미생물 DNA를 확인했다. 그러나 이들 박테리아 대부분은 매머드가 죽은 후 유해에만 서식했다. 연구팀은 "이러한 고대 미생물의 대부분은 겔리디박터(Gelidibacter), 니트로박터(Nitrobacter), 설퍼리셀라(Sulfuricella)를 포함해 이전에 환경 시료에서 분리된 속(屬)에서 유래했다"고 기술했다. 그러나 이번 발견에는 한때 살아있는 매머드에 존재했던 미생물도 포함되었다.

기네와 그의 동료들은 110만 년 된 대초원 매머드 화석에서 이러한 매머드와 공존하는 미생물 중 하나를 발견했다. 연구진은 "우리가 아는 한, 이는 숙주 관련 미생물의 가장 오래된 유전체다"고 결론지었다. 이 빙하기 매머드 박테리아는 에리시펠로트릭스(Erysipelothrix) 속의 일원으로, 오늘날에도 인간과 동물의 장에 서식하는 미생물군이다.

다양한 매머드 미생물군집

분석 결과, 매머드 미생물군집에는 에리시펠로트릭스(Erysipelothrix) 외에도 악티노바실러스(Actinobacillus), 파스퇴렐라(Pasteurella), 연쇄상구균(Streptococcus) 속의 박테리아를 포함한 6개 그룹의 미생물이 포함되었다. 이러한 박테리아 속 중 일부는 서로 다른 연령대의 여러 매머드 표본에서 발견됐다. 연구진은 이러한 미생물 계통이 매머드와 공존했으며, 때로는 수십만 년 동안 공존했음을 시사한다고 밝혔다.

이 박테리아 중에는 충치를 유발하는 연쇄상구균 병원균을 포함해 현대 미생물의 고대 친척도 포함되어 있었다. 그러나 살아있는 사촌이 없는 종도 있었다. 연구팀은 현재 확인된 매머드 미생물의 정확한 기능은 아직 불분명하다고 강조했다. DNA 서열이 부분적으로 손상되어 불완전하기 때문이다. 더욱이, 많은 미생물에 대한 비교 자료가 거의 없다.

이 박테리아는 병원균이었을까?

또한 현대 동물의 미생물군과 유전체를 비교한 결과, 매머드 미생물 중 일부는 무해한 동거 동물이 아니라 병원균이었던 것으로 나타났다. 예를 들어, 매머드에서 발견된 미생물 중 하나는 최근 짐바브웨에서 발생한 사례에서 알 수 있듯이 아프리카코끼리(Loxodonta africana)에게 치명적인 감염을 일으킬 수 있는 박테리아와 밀접한 관련이 있다.

그러나 발견된 미생물이 과거에 매머드에게 유사한 감염을 일으켰는지 확실하게 말할 수는 없다. 코끼리에서도 관련 병원균이 반드시 치명적인 것은 아니다. 기네 연구팀은 "이 박테리아 는 무해한 동거 동물로 존재할 수도 있고, 패혈증이나 다발성 장기 부전과 같은 심각한 질병을 유발하는 위험한 병원균이 될 수도 있다"고 설명했다.

▲ 매머드 상아. © Love Dalén

아니면 소화 보조제였을까?

또한, 연구진은 매머드 샘플에서 돼지와 소의 소화관에서 오늘날 발견되는 미생물의 고대 친척들을 발견했다. 연구팀은 "우리가 발견한 가장 흔한 숙주 연관 미생물 그룹은 이전에 돼지 분변 샘플에서 분리된 Actinobacillus/Basfia 종과 관련이 있었다"고 보고했다. 이 박테리아는 동물의 식물성 식품 발효를 돕는다.

초식성 매머드에서도 미생물 동반자가 유사한 기능을 수행했을 가능성이 있다. 그러나 빙하기 박테리아는 어금니에서만 발견되었고 다른 화석에서는 발견되지 않았다. 이는 이 박테리아가 매머드의 장보다는 입에 살았음을 시사한다.

동물과 미생물 서식지의 공진화

연구진은 유전체 데이터를 통해 매머드 몸에 살았던 미생물이 무엇이었는지, 그리고 이 미생물들이 숙주의 삶과 진화에 어떤 영향을 미쳤는지 더욱 정확하게 재구성할 수 있게 되었다. 기네는 "이번 연구 결과는 숙주 연관 미생물이 숙주와 함께 어떻게 진화했는지 연구하는 데 새로운 가능성을 열어준다"고 말했다. 이 기술은 매머드의 유전체뿐만 아니라 다른 멸종 동물 종의 유전적 구성과 미생물 군집을 연구하는 데에도 사용될 수 있다.

고유전학 센터의 선임 저자인 톰 반 데르 발크는 "이번 연구 결과는 고대 유물이 숙주 유전체를 훨씬 뛰어넘는 생물학적 통찰력을 보존할 수 있음을 보여주며, 이는 미생물이 플라이스토세 생태계의 적응, 질병, 그리고 멸종에 어떻게 영향을 미쳤는지에 대한 새로운 관점을 제시한다"고 말했다.

참고: Cell, 2025; doi: 10.1016/j.cell.2025.08.003
출처: 스톡홀름 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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