때는 1982년, 당시 영국 Q 왕립식물원에 균류학자였던 해리 에반스는 태국의 한 열대우림에서 기이한 모습을 한 개미를 발견하게 됩니다.

이들은 나뭇잎 뒷면에 거꾸로 매달린 채 꼼짝하지 않고 있었는데 자세히 보니 머리 쪽에서 곰팡이의 자실체가 길게 자라나고 있었죠.

사실 곤충을 숙주로 삼아 번식하는 곰팡이들은 이때도 이미 워낙 많이 알려져 있었던 터라 이게 그다지 대단한 발견은 아니었습니다.

그리고 훗날 이 곰팡이는 포식 동충하초 속의 일종으로 분류됐고 2000년대 들어서 보다 자세히 연구가 되기 시작했는데 그러던 2009년 펜실베이니아 주립대의 곤충학자인 데이비드 휴스 박사는 이 기생 곰팡이의 독특한 생활사를 발견하게 되죠.

바로 개미의 행동을 조종한다는 사실이었는데요.

무엇보다 놀라웠던 건 그 조종 방식에 정교함이었습니다.

이들이 숙주로 삼는 곤충은 태국에 서식하는 목수 개미로, 이 개미들은 나무에 구멍을 뚫고 집을 짓고 살아가죠.

그런데 이 곰팡이에 감염된 녀석들은 무리에서 이탈해 나무 위에서 내려오고 높이가 낮은 풀을 찾아 나섭니다.

그리고 정확히 바닥에서 25cm 높이의 나뭇잎에 거꾸로 매달린 채 자리를 잡죠.

그러고는 바닥에 떨어지지 않도록 두꺼운 잎맥을 꽉 문 채 서서히 죽음을 기다립니다.

얼마나 강하게 물었으면 잎맥에 이렇게 선명한 턱 자국이 남을 정도인데요.

휴스 박사는 2011년 진행한 추가 연구에서 동충하초의 균사체가 이들의 턱 근육에 침투하고 이 근육을 수축시켜 꽉 다물도록 만든다는 사실을 밝혀냈죠.

여하튼 이렇게 개미를 장악한 동충하초의 균사체는 약 4에서 10일 동안 개미의 몸 전체로 퍼지고 자실체는 머리를 뚫고 나와 길게 자라납니다.

그런데 여기서 정말 놀라운 사실 하나는 개미가 매달리는 나뭇잎의 높이는 거의 예외 없이 지면에서 25cm였고 이때 이 부근의 습도는 항상 94에서 95%, 온도는 20에서 30도였다는 겁니다.

휴스 박사는 이 지점은 높은 곳에 비해 상대적으로 온도는 낮고 습도는 높기 때문에 곰팡이가 번식하기에 좋은 조건이라고 설명했는데요.

그는 동충하초에 감염된 개미를 처음에 자리 잡은 나뭇잎에서 다른 환경으로 옮겨 놓자 동충하초의 자실체가 제대로 성장하지 못하거나 포자가 형성되지 않는 일이 벌어졌죠.

즉 개미가 스스로 찾아가 죽음을 맞이한 곳은 동충하초가 번식하기에 최적의 장소였던 셈입니다.

그리고 굳이 25cm라는 높이에 매달렸던 건 자실체에서 터져 나온 포자가 그 밑을 지나가는 동료 개미들에게 보다 쉽게 안착하기 위해서였죠.

이렇게 새로운 숙주에 안착한 동충하초의 포자는 개미의 외골격을 분해하는 효소를 분비해 개미의 몸속으로 들어가고 다시금 생활사를 이어나갑니다.

정말 정교함 그 자체 아닌가요? 그래서 과학자들은 이 동충하초를 가리켜 일명 좀비 개미 곰팡이라고 불렀는데, 아마 다들 한 번쯤 영상이나 기사를 보셨을 겁니다.

곰팡이가 개미의 뇌를 조종한다라고 말이죠.

처음에 이 현상을 목격한 과학자들도 당연히 그렇게 생각했습니다. 이 곰팡이의 균사체가 개미 뇌를 침투해 장악하고 특정 물질을 분비해 행동을 조종한다는 가설이 대세를 이뤘었죠.

그러던 2017년 휴스 박사는 기존 관점을 완전히 뒤집는 발견을 합니다.

그의 논문에는 이 곰팡이는 개미의 몸 도처에 존재하지만 뇌로는 들어가지 않는다고 설명하고 있죠.

아니, 그럼 뇌로 침투해 조종하는 게 아니라면 도대체 이들은 어떻게 개미를 좀비로 만든 걸까요?

휴스 박사는 곰팡이에 의해 점령당한 건 개미의 뇌가 아니라 근육이라고 말합니다.

그는 감염된 개미의 뇌에서 이 동충하초의 균사체를 전혀 발견할 수 없었다고 밝혔죠.

그러면서 뇌를 제외한 모든 기관들에 이 균사체가 퍼져 있었고, 심지어 다리 근육에도 퍼진다는 사실을 밝혀냈습니다.

여기 보이는 빨간색이 개미의 근섬유인데, 동충하초의 균사체는 근육 조직에 침범해 근섬유를 둘러싸며 거대한 네트워크를 형성하죠.

그리고 이 근섬유의 수축과 이완 등을 제어하며 개미의 행동을 조종했던 겁니다.

즉 뇌는 멀쩡히 살아있지만 근육만 곰팡이에 의해 조종을 받고 있던 것이었죠.

비유하자면 정신은 깨어 있는데 몸이 내 생각과는 전혀 다르게 움직이는 건데요.

정말 섬뜩하지 않나요? 이 발견은 그간 알려진 것과 달리 기생 생물이 숙주의 중추신경계에 침투하지 않고도 숙주의 행동을 조종할 수 있다는 면에서 꽤 큰 반향을 불러왔는데요.

여기서 한 가지 궁금한 점이 생깁니다.

대개의 포식 동충하초들은 이렇게까지 정교하게 숙주의 행동을 조종하지 않습니다.

대표적으로 박쥐나방 애벌레에 기생하는 녀석만 봐도 애벌레를 감염시킨 후 별다른 행동 조종 없이 적당한 때가 되면 자실체가 자라나 포자를 퍼뜨리는 식이죠.

딱정벌레를 감염시키는 녀석들도 마찬가지입니다.

그리고 단순하게 생각해보면 숙주인 개미를 굳이 25cm 높이의 나뭇잎까지 이동시킬 게 아니라 그냥 개미 집단 내에 가만히 두면 더 많은 개체들을 감염시킬 수 있을 것 같습니다.

하지만 휴스 박사는 개미 집단은 동료 개미가 질병에 감염될 경우 해당 개미를 죽이거나 내쫓아 격리시키는 이른바 사회적 면역 시스템을 갖추고 있기 때문에 포식 동충하초는 개미를 숙주로 삼게 된 이 자신의 생존을 위해 숙주를 집단으로부터 강제로 떨어뜨려 놓는 방향으로 진화할 수밖에 없었을 거라고 설명했죠.

그렇다면 도대체 개미를 좀비로 만드는 곰팡이는 언제부터 진화해온 걸까요?

사진 한번 보실까요? 약 4,800만 년 전 속씨식물의 이파리 화석인데요.

잎맥을 자세히 보면 규칙적인 자국들이 보입니다. 그리고 확대해보면 이런 자국이 나타나는데요.

그렇습니다. 이는 동충하초에 감염된 개미가 나뭇잎에 거꾸로 매달려 떨어지지 않기 위해 잎맥을 꽉 물어서 생긴 자국과 똑같았죠.

지난 2010년 이 화석을 연구한 스미소니언 자연사 박물관의 고생물학자인 라반데이라 박사는 이 화석을 통해 개미와 포식 동충하초의 기생 관계는 못해도 4,800만 년 전으로 거슬러 올라간다고 밝혔죠.

또 지난 2021년 미국 오리건 주립대의 곤충학자인 조지 포인의 교수는 개미가 갇혀 있는 약 4,500만 년 전의 호박 화석을 발견했는데요.

여기 개미 배쪽에 튀어나온 거 보이시나요?

자세히 확대해보면 이렇게 생겼는데 연구 결과 이것은 개미를 감염시킨 후 배를 뚫고 자라난 고대 동충하초의 자실체로 드러났습니다.

이들 기생의 역사가 정말 어마어마하죠.

DNA로 분석한 진화 계통도 연구에서는 포식 동충하초는 백악기 초기인 약 1억 년 전에 등장해 백악기 중기부터 엄청나게 다양해지기 시작한 걸로 나왔는데 재미있는 사실은 이들의 번성 시기가 속씨 식물이 다양해진 시기와 정확히 일치한다는 겁니다.

눈치채셨겠지만 그 이유는 꽃을 지닌 속씨 식물의 등장으로 이들의 수분 매개체인 곤충 역시 다양해졌기 때문이죠.

곤충이 번성하자 이들을 숙주로 삼는 균류인 동충하초 역시 수많은 종으로 분화될 수 있었던 겁니다.

그리고 오직 오랜 시간에 걸친 자연선택만으로 이런 정교한 기작을 갖춘 기생 곰팡이가 등장하게 됐죠.

이것이야말로 진정한 자연의 신비가 아닐까요?

과학은 세상을 보는 창. 지금까지 과학 드림이었습니다.

동충하초는 개미의 뇌가 아닌, OO을 지배합니다!｜좀비개미 곰팡이의 숨겨진 비밀과 진화사

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과학드림 [Science Dream]

동충하초는 개미의 뇌가 아닌 근육 조직에 침투하여 근섬유의 수축과 이완을 제어함으로써 개미의 행동을 조종합니다.

동충하초는 번식에 최적화된 온도(20~30도)와 습도(94~95%)를 위해 감염된 개미를 지면에서 정확히 25cm 높이의 나뭇잎에 매달리게 합니다.

개미와 포식 동충하초의 기생 관계는 최소 4,800만 년 전으로 거슬러 올라가며, 속씨 식물의 번성과 함께 곤충 숙주가 다양해지면서 동충하초 역시 다양하게 진화했습니다.

좀비 개미 곰팡이의 발견과 정교한 조종

1982년, 영국 큐 왕립식물원의 균류학자 해리 에반스는 태국 열대우림에서 머리에서 곰팡이 균사체가 자라나는 기이한 개미를 발견했습니다. 이 곰팡이는 포식성 동충하초의 일종으로 분류되었고, 2000년대 이후 연구가 심화되던 중 2009년 펜실베이니아 주립대의 곤충학자 데이비드 휴스 박사가 **이 기생 곰팡이가 개미의 행동을 정교하게 조종한다는 사실**을 밝혀냈습니다.

이 곰팡이에 감염된 태국 목수개미는 무리에서 이탈하여 나무 아래로 내려와 지면에서 정확히 25cm 높이의 나뭇잎에 거꾸로 매달립니다. 개미는 잎맥을 꽉 물어 떨어지지 않도록 한 채 죽음을 기다리며, 나뭇잎에는 선명한 턱 자국이 남습니다. 휴스 박사의 2011년 추가 연구에서는 **동충하초의 균사체가 개미의 턱 근육에 침투하여 근육을 수축시켜 턱을 다물게 만든다**는 사실이 드러났습니다.

동충하초 번식을 위한 최적의 환경 조성

동충하초 균사체는 약 4~10일 동안 개미의 행동을 조종한 후 개미의 몸 전체로 퍼지고, 자실체가 머리를 뚫고 길게 자라납니다. 놀라운 점은 개미가 매달리는 나뭇잎의 높이가 예외 없이 지면에서 25cm였으며, 이 지점의 습도는 항상 94~95%, 온도는 20~30도를 유지했다는 것입니다. 휴스 박사는 **이 지점이 높은 곳에 비해 온도는 낮고 습도는 높아 곰팡이가 번식하기에 최적의 조건**이라고 설명했습니다.

실험 결과, 동충하초에 감염된 개미를 다른 환경으로 옮기자 자실체가 제대로 성장하지 못하거나 포자가 형성되지 않았습니다. 즉, 개미가 죽음을 맞이한 25cm 높이의 나뭇잎은 **동충하초가 번식하기에 가장 적합한 장소**였던 것입니다. 또한, 이 높이는 자실체에서 터져 나온 포자가 그 밑을 지나가는 동료 개미들에게 보다 쉽게 안착할 수 있도록 진화한 것으로 보입니다. 새로운 숙주에 안착한 포자는 개미의 외골격을 분해하는 효소를 분비하여 몸속으로 침투해 생활사를 이어나갑니다.

뇌가 아닌 근육을 조종하는 좀비 개미 곰팡이

흔히 알려진 바와 달리, 2017년 휴스 박사는 **동충하초 곰팡이가 개미의 뇌로는 들어가지 않는다**는 놀라운 발견을 했습니다. 곰팡이는 개미의 몸 도처에 존재하지만 뇌는 감염시키지 않으며, 대신 개미의 뇌를 제외한 모든 기관, 특히 다리 근육에 퍼져 거대한 네트워크를 형성합니다. 이 균사체는 근육 조직을 침범하여 근섬유를 둘러싸고, 근섬유의 수축과 이완을 제어하며 개미의 행동을 조종했던 것입니다.

이는 개미의 뇌는 멀쩡히 살아있지만 **몸의 근육만이 곰팡이에 의해 조종을 받는 상황**을 의미합니다. 정신은 깨어있는데 몸이 내 생각과는 다르게 움직이는 것과 같은 섬뜩한 현상입니다. 이 발견은 기생 생물이 숙주의 중추신경계에 침투하지 않고도 행동을 조종할 수 있다는 점에서 과학계에 큰 반향을 불러왔습니다.

대부분의 포식 동충하초는 이처럼 정교하게 숙주의 행동을 조종하지 않습니다. 하지만 휴스 박사는 개미 집단이 동료 개미가 질병에 감염될 경우 죽이거나 내쫓아 격리하는 **사회적 면역 시스템을 갖추고 있기 때문**에, 포식 동충하초는 자신의 생존을 위해 숙주를 집단으로부터 강제로 떨어뜨려 놓는 방향으로 진화할 수밖에 없었을 것이라고 설명했습니다.

오랜 진화의 역사와 자연의 신비

동충하초와 개미의 기생 관계는 최소 4,800만 년 전으로 거슬러 올라갑니다. 약 4,800만 년 전 숲 식물 잎 화석에서 동충하초에 감염된 개미가 나뭇잎을 물었던 것과 같은 규칙적인 턱 자국이 발견되었고, 4,500만 년 전 호박 화석에서는 개미 배를 뚫고 자란 고대 동충하초의 자실체가 드러났습니다. DNA 분석 연구에 따르면 **포식성 동충하초는 백악기 초기 약 1억 년 전에 등장하여 백악기 중기부터 다양해지기 시작**했습니다.

이들의 번성 시기는 속씨식물이 다양해진 시기와 정확히 일치하는데, 이는 꽃을 지닌 속씨식물의 등장으로 수분 매개체인 곤충 역시 다양해졌기 때문입니다. 곤충이 번성하자 이들을 숙주로 삼는 균류인 동충하초 역시 수많은 종으로 분화될 수 있었고, **오랜 시간에 걸친 자연 선택만으로 이런 정교한 기작을 갖추게 된 것**입니다. 이것이야말로 진정한 자연의 신비라고 할 수 있습니다.

데이비드 휴스 박사의 2017년 연구가 기존의 '좀비 개미 곰팡이'에 대한 관점을 어떻게 뒤집었는지 설명해주세요.

동충하초가 개미의 행동을 조종하기 위해 특정 높이와 습도, 온도를 선호하는 이유는 무엇이며, 이러한 환경이 동충하초 번식에 어떤 영향을 미치나요?

다른 포식 동충하초들과 달리 좀비 개미 곰팡이가 개미의 행동을 정교하게 조종하도록 진화한 배경에는 어떤 요인이 작용했나요?

화석 증거는 좀비 개미 곰팡이와 개미의 기생 관계가 언제부터 시작되었음을 보여주며, 이들의 번성 시기가 속씨 식물의 다양화 시기와 일치하는 이유는 무엇인가요?

좀비 개미 곰팡이의 발견과 초기 연구

1982년 영국 큐 왕립식물원의 해리 에반스가 태국 열대우림에서 기이한 개미 발견.

개미 머리에서 곰팡이 균사체 발견, 곤충 기생 곰팡이로 분류.

2009년 데이비드 휴스 박사가 개미 행동 조종 사실 발견.

감염된 개미는 무리에서 이탈, 낮은 풀을 찾아 25cm 높이의 나뭇잎에 매달림.

균사체가 턱 근육에 침투, 잎맥을 꽉 물게 함.

개미 조종 방식에 대한 새로운 발견

초기 가설: 곰팡이가 개미의 뇌를 조종한다.

2017년 휴스 박사의 새로운 발견: 곰팡이는 뇌가 아닌 근육을 조종.

곰팡이 균사체는 뇌가 아닌 근육에 존재, 근육 조직을 침범해 행동 조종.

중추신경계 침투 없이 숙주 행동 조종 가능성 제시.

좀비 개미 곰팡이의 진화와 생존 전략

다른 포식 동충하초와 달리 정교한 행동 조종.

개미 집단의 사회적 면역 시스템 회피를 위한 진화.

개미 좀비 곰팡이의 오랜 진화 역사.

4,800만 년 전 잎 화석에서 동일한 턱 자국 발견.

4,500만 년 전 호박 화석에서 고대 동충하초 자실체 발견.

DNA 분석: 포식성 동충하초는 약 1억 년 전 등장, 백악기 중기부터 다양화.

속씨식물의 다양화와 동충하초의 번성 시기 일치.

동충하초는 개미의 뇌가 아닌, OO을 지배합니다!｜좀비개미 곰팡이의 숨겨진 비밀과 진화사

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