나무 먹는 딱정벌레 이야기

(Passalid beetles work together in family units to defend their log tunnel homes and care for their young into adulthood. New Berkeley Lab research has now shown that the beetle's distinct gut microbiome also helps its young survive. Credit: Javier Ceja-Navarro/Berkeley Lab)

(A close-up look at the passalid beetle's compartmentalized gut, and the distribution of metabolic processes and microbial composition by compartment. In the midgut (MG), plant polymers are changed into simpler components, which are then fermented in the anterior hindgut (AHG), where nitrogen is fixed and methane and hydrogen produced. Transformation of plant biomass (or polymers again) continues in the posterior hindgut (PHG), up to the release of frass rich in nutrients and metabolites such as acetate, ethanol, and benzoate. Credit: Javier Ceja-Navarro/Berkeley Lab)

곤충은 자연 생태계 순환에 매우 중요한 역할을 하고 있습니다. 당연한 이야기처럼 들리지만, 사실 곤충이 어떤 방식으로 유기물과 무기물의 순환을 돕는지에 대해서 아직도 잘 모르는 부분이 많은 게 사실입니다. 미국 에너지부 산하 로렌스 버클리 국립 연구소 Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab)의 과학자들은 미 동부에 흔한 딱정벌레의 일종인 긴 뿔 파살리드 딱정벌레 long-horned passalid beetle (Odontotaenius disjunctus)이 나무를 유기물로 순환시키는 과정을 연구했습니다. 

 나무를 갉아먹는 곤충이라고 하면 흔히 흰개미를 떠올리지만, 사실 나무를 먹는 곤충은 의외로 많습니다. 이 딱정벌레도 그 가운데 하나로 특수하게 발달된 소화 기관에 나무를 분해하는 미생물이 살고 있습니다. 이들은 잘 썩지 않는 나무를 분해해 이를 다시 새로운 식물이 사용할 수 있게 만듭니다. 언뜻 생각하면 나뭇잎과 줄기를 갉아먹는 곤충이 식물에 피해만 주는 것 같지만 이들의 존재없이 죽은 식물이 땅속에 묻힌다면 이산화탄소를 비롯해 식물이 이용할 수 있는 무기물과 여러 유기 영양분이 부족해질 것입니다. 

 하지만 그렇다고 해서 모든 곤충이 나무를 맛있게 먹을 수 있는 것은 아닙니다. 잎보다 더 질기고 단단한 섬유질인 목재를 분해하는 일은 사실 미생물과 곤충 모두에게 만만치 않은 일입니다. 따라서 잎을 갉아먹는 곤충은 흔해도 나무 자체를 갉아먹는 곤충은 상대적으로 드문 것입니다. 

 연구팀은 이 딱정벌레의 장이 마치 공장의 조립 라인처럼 각 단계별로 나무를 분해해 질긴 고분자 물질을 수소와 메탄, 에탄올 같이 유용한 물질로 바꾸는 생체 화학 공장이라는 사실을 알아냈습니다. 심지어 이 딱정벌레의 장내 환경은 산소가 없는 혐기성 환경과 산소가 있는 환경을 번갈아가면서 제공할 수 있습니다. 이 방법을 응용한다면 임업 폐기물을 단순히 바이오매스 발전용으로 쓰는 것보다 더 유용한 물질을 만드는데 사용할 수 있을 것입니다. 

 한 가지 더 재미있는 사실은 이 딱정벌레가 흰개미처럼 사회적 곤충은 아니지만, 죽음 나무에 둥지를 만들고 여러 개체가 공존하는 준 사회적 곤충이라는 사실입니다. 이 곤충의 배설물은 영양분이 풍부해 이를 새끼를 먹이는 양식으로 사용합니다. 물론 배설물에는 미생물도 풍부해 새끼들은 생존에 필수적인 미생물도 같이 공급받습니다.

 아무튼 나무 먹는 딱정벌레라니 매우 신기한 사실을 안 것 같습니다. 

 참고 

Gut anatomical properties and microbial functional assembly promote lignocellulose deconstruction and colony subsistence of a wood-feeding beetle, Nature Microbiology (2019). DOI: 10.1038/s41564-019-0384-y , https://www.nature.com/articles/s41564-019-0384-y 

https://phys.org/news/2019-03-common-beetle-gut-microbiome-benefits.html#jCp