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숯 먹는 곰팡이의 비밀

 




(Pyronema mycelium growing over soil and charcoal. Credit: Maria Ordonez/UCR)

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(Fungal cultures in the Glassman lab. Credit: Maria Ordonez/UCR)

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작은 실수로 인해 발생한 산불은 순식간에 모든 것을 집어 삼킬 수 있습니다. 물론 자연적으로 발생한 산불 역시 예외일 순 없습니다. 하지만 산불이 항상 나쁜 것만은 아닙니다. 주기적으로 발생하는 자연 산불은 종종 어떤 식물의 번식에 중요한 역할을 담당하기도 합니다.

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예를 들어 산불 상황에서 식물들은 뜨거운 열과 건조함을 이용하여 씨앗을 퍼뜨리는 독특한 생존 전략을 사용합니다. 수양병솔나무는 산불 시 발생하는 상승 기류를 활용해 씨앗을 멀리 날리며, 자이언트 세콰이어 나무와 솔방울은 고열(200도 이상)에 건조해진 비늘이 열리면서 씨앗을 쏟아내는 방식(화재적응성)으로 번식 합니다.

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(동영상)

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그런데 산불을 기다리는 생명체는 이들만이 아닙니다. 다른 동식물이 죽으면 파티가 열리는 곰팡이 역시 산불을 기다립니다. 곰팡이 가운데는 이런 환경에 적응해서 아예 숯 (charcoal)을 먹을 수 있게 진화한 경우도 있습니다. 시드니 글래스먼(Sydney Glassman, UCLA 미생물학 및 식물병리학 조교수)가 이끄는 캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스(UCR)의 연구팀은 산불 이후 급격히 반성하는 균류를 연구했습니다.

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일부 균류는 평소에는 잘 보이지 않다가 산불이 지나가고 난 후 폐허가 되면 폭발적으로 번성합니다. 이들이 불에 탄 숯이나 잔해를 분해할 수 있다는 것은 이전부터 알려져 있긴 했으나 그 구체적인 기전은 잘 몰랐습니다. 연구팀은 5년에 걸쳐 캘리포니아의 7개 산불 현장에서 수집한 균류를 모아 유전자를 시퀀싱하고 일부를 숯에 노출시켜 실험했습니다. 그 결과, 산불 후에 번성하는 균류의 유전자가 진화하는 세 가지 주요 방식을 발견했습니다.

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첫 번째 방법은 유전자 복제(gene duplication)를 통해 숯을 분해하는 효소를 더 많이 생산하는 것입니다. 예를 들어, 빵에 자주 발견되는 균류인 누룩곰팡이속(Aspergillus)은 무성 생식을 통해 유전자를 복제하며, 숯 분해 유전자를 많이 복제할수록 더 많은 효소를 만들어 냅니다. 유전자를 여러 개 만들어 효소를 여러 개 생산하는 것은 가장 단순하지만 효과적인 방법입니다.

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두 번째 방법은 생식을 통한 유전자 재조합입니다. 유성 포자를 형성하는 균류인 담자균문(擔子菌門)에 속한 버섯형 균류인 담자균류(Basidiomycota)는 성적 생식을 통해 유전자를 재조합하며, 숯을 대사할 수 있는 능력을 빠르게 진화시킵니다.

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마지막으로 가장 놀라운 발견은, 코니오차에타 호프만니이(Coniochaeta hoffmannii)처럼 세균으로부터 유전자를 수평적으로 이전받는(horizontal gene transfer) 경우입니다. 세균의 경우 유전자를 서로 주고받으면서 분열 중 잃은 유전자를 보충하는 수평적 유전자 전달이 흔하게 일어나지만, 곰팡이와 같이 다른 종류에게 유전자를 전달해 이런 능력을 획득하는 경우는 상당히 드문 경우입니다.

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하지만 화마가 휩쓸고 지난 간 폐허 속에서 번성하기 위해서 반드시 숯을 분해하는 능력을 획득해야 하는 것은 아닙니다. 불에 탔지만, 아직 숯이 되지 않은 유기물도 많기 때문입니다. 이 경우 필요한 것은 불을 견디는 능력입니다. 예를 들어, 일부 균류는 sclerotia라는 열에 강한 구조를 만들어 지하에서 수십 년간 휴면 상태로 있다가 적절한 조건이 되면 다시 자라납니다. 다른 균류는 더 깊은 흙 속에 숨어 있다가 불이 지나간 후 경쟁자가 없어진 영양이 풍부한 땅으로 올라와 정착합니다. 예를 들어, 피로네마(Pyronema)는 숯 분해 유전자가 적지만, 경쟁자가 없는 환경에서 빠르게 주황색 컵 모양의 작은 버섯을 만듭니다. 여기에서도 정답은 하나가 아닌 셈입니다.

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사실 이렇게 이야기하면 이들은 남의 불행을 반기는 기회주의자인 것 같지만, 실은 반대입니다. 이렇게 빠르게 숯과 타고 남은 유기물을 분해해주는 균류가 없다면 새로운 식물이 다시 자라나기 힘듭니다. 이들은 자연의 순환을 돕는 생태계의 중요한 구성원으로 반드시 필요한 존재일 뿐 아니라 인간에게도 영감을 줄 수 있습니다.

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숯은 석유 유출, 광산 폐기물, 산업 폐기물 등과 비슷한 화학 구조를 가지고 있어, 균류가 숯을 분해하는 방식을 이해하면 오염된 지역을 정화하는 데 활용할 수 있다는 게 연구팀의 설명입니다. 이 단순한 곰팡이 덩어리가 인류가 직면한 심각한 문제를 해결하는데도 도움을 줄 수 있다는 이야기입니다.

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이 연구 결과는 과학 저널 《국립과학아카데미회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)》에 발표됐습니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-01-fungi-charcoal.html

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Ehsan Sari et al, Gene duplication, horizontal gene transfer, and trait trade-offs drive evolution of postfire resource acquisition in pyrophilous fungi, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2519152123

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