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원생생물은 수많은 다양한 생물군을 포함하고 있기에 일반적 특징이라 부를만한 것이 도리어 없다. 굳이 특징적인 점을 찾자면 소수의 군체와 다세포생물을 제외한 원생생물은 대부분이 단세포생물이라는 점이다. 원생생물은 식물이나 동물 등 다른 진핵생물보다 다양한 영양 섭취 방식을 보인다. 원생생물은 영양을 획득하는 방식에 따라 세가지로 나뉠 수 있다.

1) 엽록체를 가지는 광독립영양생물과 2) 유기물을 흡수하거나 큰 먹이입자를 직접 식세포 운동을 통하여 섭식하는 종속영양생물 3) 종속영양과 광독립영양을 조합한 혼합영양생물(Mixotroph)이 있다. 각각의 영양섭취 방식은 많은 원생생물계통에서 독립적으로 유래했다. 원생생물의 매우 다양한 생식과 생활사를 가진다. 일부 원생생물은 무성생식만 하고 있고, 나머지 원생생물은 유성생식을 한다. 유성생식은 감수분열과 수정 과정을 포함한다.

원생생물은 수많은 다양한 생물군을 포함하고 있다. <출처: (cc) 柑橘類>

진화를 이끈 내부공생과정

오늘날 원생생물의 분화의 원인 중 가장 큰 것은 ‘내부공생(endosymbiosis)’ 과정 때문이다. 내부공생은 단세포 생물이 다른 세포를 삼켜서 세포 속에 넣은 후 자기 세포의 일부로 만들어 공생하는 것을 말한다. 불과 30여년 전에 최초의 가설(세포내공생설)이 나타난 이래 최근까지 많은 증거에 의해 입증되어 왔다. 내부 공생 이 후에 삼켜진 작은 세포는 숙주세포 내에 공생자로 살면서 점차 독립성을 잃고 세포의 한 소기관이 된다.

내부공생의 대표 사례는 미토콘드리아와 엽록체이다. 현재까지의 구조적, 생화학적, 그리고 DNA 서열 자료를 보면 최초의 진핵생물은 알파 원시세균을 삼켜서 미토콘드리아를 얻게 되었다는 것을 알 수 있다. 지금까지 연구된 모든 진핵생물이 미토콘드리아를 가지고 있다는 사실에서 미토콘드리아의 공생과정이 생명의 진화에 있어 매우 초기에 일어났다는 점을 시사하고 있다.

엽록체의 공생은 이보다 조금 늦게 일어났을 것을 생각된다. 미토콘드리아의 공생이 시작된 이 후 일부 진핵생물이 광합성하는 남세균과 내부 공생을 한 것이 그 시작일 것으로 여겨지고 있다. 이 후 원시 광합성 생물은 홍조류와 녹조류로 진화했을 것으로 여겨진다. 이 가설은 홍조류와 녹조류의 색소체 유전자의 DNA가 남세균의 DNA와 아주 유사하다는 관찰을 통하여 지지받고 있다. 이후, 좀 더 복잡한 원생생물이 ‘2차 내부공생 (secondary endosymbiosis)’를 통하여 출현하였다. 이 과정은 1차 내부공생을 통하여 만들어진 세포가 또 다시 식포를 통하여 다른 생물의 세포 내로 들어가서 공생하게 된 경우를 말한다. 예를 들어 클로라라크니오조류(chlorarachniopyte)라는 원생생물은 종속영양 진핵생물이 녹조류를 삼켜서 진화한 것으로 믿어진다. 그 증거로 삼켜진 녹조류가 여전히 색소체와 함께 광합성하고 있으며 자체의 흔적 핵인 작은 핵소체 (nucleomorph)를 가지고 있어 생물학자들은 이 과정이 진화적 시간으로 보면 상대적으로 최근에 일어난 것이라고 유추하고 있다.

좀 더 최근에 일어나고 있는 내부 공생의 예로 ‘훔친 색소체(Klepto plastid: 희랍어의 Klepto-는 훔치다, Plastid는 색소체를 의미함)’를 갖는 섬모충과 갯민숭달팽이가 있다. 이들은 섭식하는 식물의 엽록체를 자신의 세포 속으로 받아들여 수일에서 수개월 동안 광합성을 수행한다. 그러나 공생체로서의 완전한 동화가 일어나지 않아서 받아 들인 엽록체를 계속 보유하지는 못한다. 일정 시간이 지나면 흡수된 엽록체는 분해되어 사라지고, 다시 먹이 생물로부터 새로운 엽록체를 보충한다. 섬모충이나 갯민숭달팽이는 엽록체를 효율적으로 이용하기 위해서, 위와 같이 먹이 생물의 유전자로부터 필요한 유전자를 일부 받아들여 자신의 유전자로 사용한다. 이런 현상을 ‘수평적 유전자 이동(Horizontal gene transfer)’ 이라 한다.

훔친 색소체를 가지는 갯민숭달팽이, 엽록체가 있어 초록색을 띈다.

대표적인 원생생물들

원생생물은 워낙 다양하고 분류도 복잡하여 일일이 언급하기 어려우나 다음과 같은 종들이 가장 많이 알려져 있다.

규조류(diatome)

지구상에서 가장 중요한 광합성 식물플랑크톤 중 하나로 해양 생산성의 큰 부분을 담당하고 있다. 또한 정교한 무늬의 유리질 껍질을 가진 예쁜 단세포 생물로 지구상에서 가장 종 수가 많은 생물 중 하나이다. 규조류와 함께 유색피하낭류(Chromaveolata)에 속하는 생물체로는 바다 속에서 “숲”을 형성하는 거대 식물인 갈조류 켈프, 말라리아를 발병시키는 열원충 (Plasmodium)과 같은 병원체, 감자 기근으로 유명해진 감자역병균 (Phytophthora)이 있다.

아메바(amoeba)

귓불 또는 튜브 모양의 위족을 가진다. 아메바는 최초의 진핵생물 중 하나로 단편모류 (unikonts)에 속한다. 주로 위족을 사용해서 작은 조류(algae)나 박테리아들을 삼켜서 영양을 얻는다. 점균류 (slime molds)는 한 때 균류로 취급되었으나 최근에는 많은 분자계통학적 증거들을 통해 아메바와 더 유연관계가 깊다고 밝혀졌다.

유글레나(euglena)

연못 물에서 흔히 발견되는 연두색의 단세포 생물인 유글레나는 편모 내에 수수께끼와 같은 나선형 또는 결정상의 기둥 모양 구조를 갖는 점에서 다른 단세포 생물과 뚜렷이 구분된다. 세포의 전단부에 한 개 또는 두 개의 편모가 나오는 주머니가 있다. 대부분 혼합영양생물이며 빛이 있으면 광합성을 하지만 빛이 없으면 주위 환경으로부터 유기물을 흡수하는 종속영양생물이 된다. 주로 식세포작용으로 먹이를 섭취한다.

와편모조류(dinoflagellates)

그리스어로 dinos는 소용돌이를 의미하며 이는 와편모조류의 세포가 물속에서 소용돌이 모양으로 회전하면서 움직이기 때문에 붙여진 이름이다. 갑옷 모양의 섬유소판으로 강화된 세포를 가진다. 해양과 담수에서 매우 중요한 플랑크톤 중 하나로 대부분이 혼합영양생물이다. 종종 자신보다 훨씬 더 큰 물고기를 공격하여 잡아먹기도 하는 데 Pfiestria 라는 와편모조류는 자신의 몸의 수천 배 크기인 물고기의 아가미를 공격하여 잡아 먹기도 한다.

짚신벌레(Paramecium)

표면을 덮고 있는 수 천 개의 섬모 (Cilia)가 특징이다. 깔때기 모양의 입 부위를 따라 난 무수한 섬모가 먹이 (주로 세균)을 세포의 움푹 파인 곳으로 이동시킨다. 이곳에서 식세포 작용을 통해 먹이가 식포 내로 들어간다. 또한 단세포 생물로는 매우 뚜렷한 수축포를 가진다. 수축포는 동물의 방광과 흡사한 역할을 한다. 물의 섭취는 삼투압을 사용한다. 낮은 삼투 농도의 용액에서 유입된 물을 수축포 내 방사상의 관을 통해 축적하고 원형질막을 통해서 주기적으로 배출한다 (그림 8).

물곰팡이(oomycetes)

물곰팡이는 백색녹병균, 노균과 함께 난균류 (oomycetes)에 속한다. 초기의 형태학적 연구에서는 이 생물을 균류에 포함시켰지만 난균류의 세포벽은 셀룰로오스로 구성된 반면 균류는 키틴질의 세포벽을 갖는 점에서 구분된다. 물곰팡이도 한 때는 색소체를 가졌을 것으로 생각되지만 지금은 퇴화하여 광합성을 할 수 없다. 주로 죽은 생물을 분해해서 영양을 얻거나 살아있는 다른 세포 몸속에 들어가서 산다. 대부분의 물곰팡이는 주로 담수에 서식하며, 죽은 조류와 동물의 표면에 솜뭉치 모양으로 자라는 분해자이다.

홍조류와 녹조류는 육상식물의 가장 가까운 친척으로, 학자에 따라 원생생물로 포함시키기도 하지만 상당 수의 구성 종이 다세포 생물이며 매우 복잡한 형태와 생식 패턴을 보인다. 여기에서는 주로 단세포 생물로서의 원생생물을 다루고 있어 포함시키지 않았다.

원생생물의 생태적 역할

대부분의 원생생물은 수중생활을 하며 다른 종과 공생관계를 형성한다. 산호초를 구성하는 산호 폴립은 와편모조류의 일부를 몸 안으로 받아들여 공생을 하는 데 와편모조류는 공생체에게 영양분을 제공한다. 산호와 와편모조류의 공생은 산호초의 유지를 위해 필수적인 역할을 한다. 대양의 한 가운데에 발달된 산호초는 해양의 다양한 생물체에게 서식지와 피난처 및 배우자 만남을 위한 매우 중요한 역할을 한다.

적조는 원생생물의 일종인 와편모조류가 일으킨다. <출처: NOAA>

와편모조류는 흔히 적조(red tide)라고 불리는 바다의 재앙을 일으키는 원인종이기도 하다. 적조란 와편모조류의 대발생에 의해 바다가 붉게 물드는 현상인데, 성서의 출애굽기에도 나올 정도로 오래되었으면서도, 매년 수백억 원의 경제적 손실과 많은 인적 손상을 일으키고 있는 바다의 재앙이다. 항구간 교역이 활발해 짐에 따라 한 곳에서 일어난 적조 현상은 전 세계로 바로 전파된다.

원생생물 중 한 대륙의 보건과 경제적 환경에 영향을 미치는 것도 있다. 악명이 높은 것으로 말라리아를 일으키는 열원충(Plas modium)이 있는데, 모기를 통하여 전염되는 말라리아 병은 현대에도 잘 낫기 어려운 질병이다. 말라리아가 주로 창궐하는 지역 국가들의 평균 수입은 그렇지 않은 주변 국가에 비해 3분의 1쯤 낮다는 통계도 있다.

원생생물은 전체 진핵생물의 대부분을 차지 할 만큼 많은 수의 종과 다양한 생태적 특징을 가지고 있으며 보건환경과 경제적 손익에도 매우 중요한 생명체이다. 그러나 아직 충분한 연구가 수행되었거나 일반의 관심을 받고 있다고 보기 힘들다. 원생생물은 미래 생명 자원의 블루 오션이 될 것이다.