산호의 공생 미세조류 '심바이오디니움'

산호는 산호초를 만들어 해안을 보호하고, 신약물질을 제공하며, 막대한 관광산업 수입을 올리게 하는 매우 중요한 해양생물입니다.

세계적으로 약 5억 명이 산호와 관련된 산업에 종사하고 있으며, 연간 생산액도 약 400조 원에 달합니다.

그런데 산호는 해수 온도가 29~30℃를 넘으면 몸 안에 있던 심바이오디니움을 방출하게 되고, 자신의 몸을 고정하던 석회질만 남게 되어 산호초가 하얗게 변하는 백화현상(coral bleaching)이 일어납니다.

지구 온난화의 영향으로 지난 수십 년 간 20%의 산호초가 백화현상으로 없어졌습니다.

■ 서울대 정해진 교수와 포항공대 이기택 교수, 군산대 이원호 교수, 충남대 신응기 교수, 서울대 유영두 박사(공동교신저자) 등 공동 연구팀이 산호의 공생 미세조류인 '심바이오디니움(Symbiodinium)'이 당초 알려진 식물의 성질 뿐만 아니라 동물의 성질을 동시에 가지고 있음을 세계 최초로 규명했습니다.

연구팀은 심바이오디니움(Symbiodinium)이 빈영양화 상태에서 세균이나 다른 미세조류를 포식하면서 대량번식 할 수 있음을 입증, 광합성에 불리한 빈영양화 해역에서 '식물인 심바이오디니움이 대량으로 존재하며 산호초를 건강하게 유지하게 하는' 역설(paradox)에 대한 해답을 찾아냈습니다.

산호를 떠난 공생미세조류가 세균이나 다른 미세조류들을 포식하면서 번식하며, 산호유생이나 다른 산호에 들어가 건강한 산호를 유지할 수 있게 한다는 모식도

이번 발견으로 산호초에 서식하는 심바이오디니움에게 최적 먹이를 공급하여 번식을 유도할 수 있게 됨에 따라 온난화로 파괴되는 산호초 복원에도 큰 기여를 할 전망입니다.

산호에 공생하는 공생미세조류인 심바이오디니움이 먹이의 일부를 섭식관을 사용하여 포식하는 장면

이번 연구는 산호의 생태 연구 중 가장 어려운 난제를 풀게 된 것으로, 우리나라가 산호 연구의 선도국으로 발돋움 하는데 큰 기여할 전망입니다.

또 심바이오디니움은 산호 뿐만 아니라 말미잘, 해파리, 조개, 해면, 원생동물 등 광범위한 해양생물들과 공생을 하기 때문에 해양저서생태계 연구에 새로운 개념을 제시할 것도으로 보입니다.

연구결과는 미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences USA) 온라인 7월 18일자에 게재되었습니다.
(논문명 : Heterotrophic feeding as a newly identified survival strategy of the dinoflagellate Symbiodinium)

 

<연 구 개 요> 산호들은 산호초를 만들어 해안을 보호하고, 주거지를 만들며, 풍부한 해산물을 공급하고, 신약물질을 제공하며, 막대한 관광산업 수입을 올리게 하는 매우 중요한 해양생물이다. 이로 인하여 전 세계적으로 약 5억 명이 산호 관련 산업에 종사하고 있으며, 연간 생산액이 약 400조에 이르는 것으로 알려져 있다. 또한 그동안 산호에 관한 국제학술지 논문이 70만 편 이상 출판될 정도로 가장 많은 주목을 받아 온 해양생물 중 하나이다. 산호는 자신의 몸 안에서 서식하는 공생미세조류인 심바이오디니움(Symbiodinium)으로부터 자신이 필요한 에너지의 80-90%를 얻는다. 산호는 주로 빈영양화 해역에서 사는데, 영양염 농도가 높아질 경우 대형해조류들이 대량 번식하여 산호를 죽이기 때문이다. 이 심바이오디니움은 산호 안에 있다가 밖으로 나가 돌아다니기도 하는데,  이러한 빈영양 환경은 심바이오디니움이 광합성을 하는데 매우 불리한 조건이다. 그 동안 과학자들은 '식물인 심바이오디니움이 광합성에 불리한 환경에서 대량으로 존재하며 산호초를 건강하게 유지하게 하는' 역설(paradox)을 풀기위하여 많은 노력을 해왔다. 본 연구팀은 심바이오디니움이 빈영양화 상태에서 세균이나 다른 미세조류를 포식하면서 대량번식 할 수 있음을 밝혀, 산호의 생태생리 연구 중 가장 어려운 난제를 풀게 되었으며, 앞으로 백화현상으로 파괴된 산호초를 복원하는데 큰 기여를 할 것으로 판단된다.

 
 용  어  설  명

빈영양화 (oligotrophic)
부영양화의 반대로 식물 성장의 필수요소인 질소, 인 등 영양염류가 매우 적은 현상을 말한다.

산호의 백화현상(Coral bleaching)
급격한 수온 변화로 인하여 산호초가 하얗게 변하는 현상을 말한다. 산호의 아름다운 색깔은 원래 몸 안에 살고 있는 공생미세조류인 심바이오디니움(Symbiodinium)의 색깔이다. 수온이 급격하게 상승하면 산호가 심바이오디니움을 방출하게 되고, 아름다운 색깔을 잃게 되다. 결국 자신의 몸을 지탱하기 위하여 분비했던 석회질 색깔만 하얗게 남는다.

산호초 (Coral reef) 
산호는 석회질을 분비하여 자신의 몸을 고정시킨다. 수많은 산호들이 석회질을 분비하고, 이들이 오랜 세월동안 쌓이면 육지도 만들 수 있는데, 산호군락이 만든 거대한  지형을 산호초라고 한다.

심바이오디니움 (Symbiodinium)
심바이오디니움은 와편모류(Dinoflagellate)에 속하는 단세포 생물로, 산호뿐만 아니라 말미잘, 해파리, 조개, 해면, 원생동물 등 다양한 해양동물들 몸 속에 들어가 공생을 하는데, 이들 동물들이 필요한 에너지의 많은 부분을 공급해주는 매우 중요한 생물이다. 심바이오디니움은 해양동물들의 몸 밖으로 나와 수영하며 지내다가 어린 유생들 안으로 들어가 새로운 공생을 시작하기도 한다. 

 

<정해진 교수> 1. 인적사항   ○ 소 속 : 서울대학교 지구환경과학부(해양학) 2. 학력   ○ 1982.03-1986.02 :  서울대학교 해양학과 이학사   ○ 1986.03-1988.02 :  서울대학교 해양학과 이학석사   ○ 1990.03-1995.02:  미국 캘리포니아 샌디에이고대학교 (University of California, San Diego) 해양학 이학박사 3. 경력사항   ○ 1995년02월~1995년08월 : 미국 스크립스 해양연구소 박사후연구원   ○ 1995년09월~2003년08월:  군산대학교 해양학과 전임강사/조교수/부교수   ○ 2003년09월~현재 : 서울대학교 지구환경과부 부교수/교수   ○ 2006년06월~2009년07월 : 융합기술원 환경에너지자원연구소 소장   ○ 2008년06월~현재 : Harmful Algae (Elsevier), Editor   ○ 2010년06월 ~ 현재 : 교과부-연구재단 해양극지 (해양바이오 기초원천 기술개발사업-해양공생생물 유전체 연구단) 세부연구책임자 4. 주요연구업적   ○ 2012 교육과학기술부 장관표창   ○ 2011 2011년도 기초연구사업 우수평가자 100인 선정   ○ 2011 한국해양과학기술진흥원 공로상   ○ 2002 제12회 과학기술우수논문상 5. 출판   ○ SCI급 국제전문학술지 논문 64편 게재   ○ 국내특허등록 6건, 해외특허출원 2건