광합성 생물에서 포식자로 변한 와편모충류

 (형광 공초점 현미경으로 촬영한 살아있는 폴리크리코스 코포이디이 세포의 이미지로, 발광 분자인 루시페린이 세포 전체에 어떻게 분포되어 있는지 보여줍니다. 연구된 다른 모든 발광성 와편모충류에서는 형광이 특정 소포에서만 관찰됩니다. /Fluorescence confocal microscope image of a live Polykrikos kofoidii cell, revealing how its light-producing molecule, luciferin, is distributed throughout the cell. In all other studied bioluminescent dinoflagellates, the fluorescence is visible only in certain vesicles. Credit: Brittany Sprecher and Michael Latz)

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(공초점 현미경으로 촬영한 살아있는 폴리크리코스 코포이디이 세포의 이미지. 핵("Nu"), 사냥에 사용되는 자포(검은색 화살표), 그리고 섭취된 먹이 세포(별표). Confocal microscope image of a live Polykrikos kofoidii cell. The nuclei (“Nu”), nematocysts used for hunting (black arrows), and ingested prey cells (asterisks) are visible. Credit: Brittany Sprecher and Michael Latz)

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적조 현상은 와편모충류 (dinoflagellates)라고 불리는 특정 종류의 미세 플랑크톤이 해양에서 급속도로 증식하여 발생합니다. 심할 때는 위성 사진으로 보일 정도로 넓은 지역의 바다가 붉어지기도 합니다.

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그냥 플랑크톤이 증식하기만 한다면 그렇게 큰 문제가 있는 건 아니지만, 와편모충류는 독소를 지니고 있을 뿐 아니라 산소 부족 현상을 일으켜 물고기 폐사의 원인이 되기도 합니다.

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스크립스 해양학 명예 해양 생물학자인 마이클 라츠 (Michael Latz, a marine biologist emeritus at Scripps Oceanography)와 동료들은 이 와편모충 가운데 하나인 폴리크리코스 코포이디(Polykrikos kofoidii)를 연구했습니다.

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폴리크리코스의 특징은 종속영양 와편모충류 (heterotrophic dinoflagellate)라는 것입니다. 상당수 와편모충류는 광합성도 하지만 다른 미생물도 잡아먹는 혼합 영양 생물인데 반해 폴리크리코스는 그냥 포식자로만 살아갑니다.

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폴리크리코스의 작살과 같은 구조를 사용하여 독성 플랑크톤과 적조를 일으키는 플랑크톤을 포함한 먹이를 사냥합니다. 따라서 독성 플랑크톤 억제에 활용될 수 있는 잠재적 가능성이 있지만, 배양 환경에서 생존을 유지하기 어려운 점 때문에 실험실에서 연구하기가 어려웠습니다.

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하지만 연구팀은 스크립스 부두에서 채취한 해수에서 분리한 해당 미생물의 실험실 배양체를 구축하는 데 성공했습니다. 그리고 분광학, 첨단 현미경 및 유전자 분석을 사용하여 발광 행동과 세포 구조를 조사했습니다.

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와편모충류는 청록색 빛을 내는 것으로 잘 알려진 단세포 생물로, 특히 적조 현상처럼 파도가 부딪히거나 다른 움직임이 있을 때 밤에 가장 잘 보입니다. 대부분의 종에서 이 빛은 세포 내부에 있는 섬광체 라고 불리는 특수한 구조에서 발생하는데 , 이 섬광체에는 빛을 내는 화학 반응을 담당하는 분자들이 들어 있습니다. 그런데 연구팀은 폴리크리코스의 경우 이러한 구조가 다르다는 사실을 알아냈습니다.

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고해상도 광도 측정법을 사용하여 연구팀은 폴리크리코스가 내는 빛이 다른 생물 발광 와편모충류보다 느리고 어둡다는 것을 발견했습니다. 개별 섬광은 더 오래 지속되었고 최대 밝기에 도달하는 속도가 더 느렸으며, 이는 과학자들이 해양 자연 생물 발광 측정에서 해당 종을 식별하는 데 도움이 될 수 있는 독특한 "빛 특징"을 만들어냈습니다.

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섬광 현상의 차이에도 불구하고, 방출되는 빛의 색깔(약 474나노미터 부근에서 피크를 보이는 청록색)은 다른 발광 와편모충류의 색깔과 유사했습니다. 이는 발광 반응의 기본 화학적 메커니즘이 종간에 공유된다는 것을 시사합니다. 다만 세포 수준에서는 발광 시스템을 구성하는 방식에 중요한 차이점이 있었습니다. 대부분의 와편모충류에서 발광을 담당하는 분자인 루시페린은 섬광체에 국한되어 있지만, 폴리크리코스에서는 세포 전체에 퍼져 있었습니다.

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이런 차이점이 왜 생기는지는 알지 못하지만, 독특한 발광 특징을 이용하면 폴리크리코스의 분포를 확인하고 적조를 통제하는데 활용할 수 있을지도 모릅니다. 앞으로 더 연구가 필요한 부분이지만, 사실은 이런 복잡한 내용 때문에 눈길이 간 게 아니라 묘하게 스폰지밥의 플랑크톤과 비슷해 보이는 플랑크톤이라 내용을 작성해 봤습니다. 덤으로 플랑크톤 영상입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2026-04-ruthless-predator-red-tide-plankton.html

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Michael I. Latz et al, Bioluminescence of the heterotrophic dinoflagellatePolykrikos kofoidiiChatton 1914 (Dinophyceae), Journal of Phycology (2026). DOI: 10.1111/jpy.70157