생존·번영 위한 ‘초유기체 사회’

병든 일개미, 확산 차단 위해 떠나
감염된 번데기는 화학신호 방출
일개미가 번데기를 고치서 꺼내
번데기 내부에 독소 개미산 주입
감염 물질 소독… 번데기도 죽여

개미는 꿀벌과 함께 대표적인 친사회적 동물로 분류된다. 개미 사회는 크게 여왕개미, 일개미, 병정개미로 신분이 정해져 있고 태어나서 죽을 때까지 자기가 맡은 임무를 수행한다. 그 중에서도 일개미는 자신의 생식 능력까지 포기하고 평생 여왕개미와 그 자손에게 봉사하는데, 이런 행동은 해당 개체의 생존에 유리하게 작용하기 때문이라는 혈연도태 이론으로 설명된다. 그러나 인간의 신체가 뇌, 심장, 팔다리 등 여러 기관이 함께 기능하는 것처럼 개미 사회도 개별 개체들의 행동이 모여 집단의 생존과 번영을 위한 결과를 만들어 낸다는 ‘초유기체론’으로도 설명한다.

이런 가운데, 오스트리아 국립 과학기술연구원(ISTA), 프랑스 소르본대, 독일 뷔르츠부르크대와 뮌헨 공과대 공동 연구팀은 전염병에 걸린 일개미가 자신을 희생해 개미 집단 전체를 질병으로부터 보호한다는 사실을 확인했다. 이 연구 결과는 기초과학 및 공학 분야 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 12월 3일 자에 실렸다.

일반적으로 집단을 구성하는 사회성 동물들은 집단에서 배제되지 않기 위해 질병을 숨기는 경우가 많다. 개미 집단은 이와는 반대로 일개미가 병에 걸리면 질병 확산을 막기 위해 집단을 떠나는 것으로 알려졌다. 그러나 번데기나 고치에 갇힌 미성숙 개미는 그렇게 할 수 없다. 기존 연구에서는 일개미가 병든 번데기를 식별해 집단 보호를 위해 제거한다는 사실을 밝혔지만 정확한 방법은 밝혀내지 못했다.

이에 연구팀은 정원 개미 성체와 번데기에 병원성 곰팡이인 메타리지움 곰팡이를 감염시킨 뒤 개미들의 행동을 관찰했다. 관찰 결과는 놀라웠다. 병든 일개미는 집단을 떠나고, 감염된 번데기는 화학 신호를 방출했다. 병든 번데기가 보내는 신호를 받은 일개미들은 즉각 번데기를 고치에서 꺼내 표면에 작은 구멍을 낸 다음 항균성 독소인 포름산(개미산)을 주입한다. 이는 번데기 내부에서 증식하는 병원성 곰팡이를 즉시 사멸하기도 하지만 번데기도 죽인다.

연구팀은 감염된 개미 번데기가 내뿜는 냄새를 분석한 결과, 평소 내는 냄새 중에서 두 가지 성분을 증폭한 것이라는 사실을 확인했다. 냄새 변화만으로 일개미의 소독 행위를 유발할 수 있는지 확인하기 위해 연구팀은 변형된 냄새 분자를 건강한 번데기에 발랐다. 그랬더니 변형된 냄새가 묻은 번데기들도 일개미들의 소독 공격을 받았다. 그렇지만, 일개미 번데기보다 면역력이 강해 스스로 감염을 억제할 수 있는 여왕개미 번데기는 병원균에 감염되더라도 냄새 신호가 변하지 않았다.



연구를 이끈 실비아 크레머 ISTA 교수(사회 면역학)는 “이번 연구 결과는 언뜻 보기에는 자기희생으로 보이지만, 사실은 신호를 보내는 개체에도 이롭다”며 “많은 유전자를 공유하는 동료 개체를 감염으로부터 보호함으로써 유전자를 다음 세대에 전달하는 효과를 가져오기 때문”이라고 설명했다. 크레머 교수는 “개별 동물의 신체 면역 체계 작동 방식과 유사한 이 행동은 개미 군집 내 개체들이 집단 전체의 안전을 위해 초유기체로 어떻게 기능하는지를 알 수 있게 해준다”고 덧붙였다.