아프리카 사하라 사막 이남의 초원지대에 사는 흰개미(학명 Macrotermes michaelseni) 군집. 배가 엄청나게 부푼 여왕을 작은 몸집의 일꾼들이 돌보고 있다. 여왕 오른쪽에 왕이 있고 앞쪽에는 병정들이 보인다./호주 시드니대


흰개미는 개미와 함께 지구에서 가장 성공한 동물로 꼽힌다. 아프리카 초원지대부터 서울 경복궁의 기둥까지 수백에서 수백만마리씩 모여 살고 있다. 어떻게 이 작은 곤충이 지금까지 2억년 넘게 어떻게 복잡한 사회를 구성하며 번성했을까. 답은 무리를 이끄는 왕과 여왕의 변치 않는 사랑에 있었다.
호주 한국릴게임 시드니대 생명환경과학부의 네이선 로(Nathan Lo) 교수 연구진은 “흰개미가 복잡한 사회를 이룰 수 있었던 원동력은 여왕과 왕이 계속 같이 살아 유전자를 추가하지 않고 반대로 줄인 데 있었다”고 지난 30일 국제 학술지 ‘사이언스’에 발표했다. 이번 연구에는 중국과 덴마크 과학자들도 참여했다.


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그래픽=손민균


◇유전자 줄이고 사회는 복잡해져
흰개미는 개미와 마찬가지로 사회생활을 하지만, 이름만 비슷할 뿐 전혀 다른 곤충이다. 흰개미는 바퀴벌레목(目)에 속하고 개미는 벌목의 일원이다. 생김새도 개미와 달리 더듬이가 곧게 뻗어 있으며, 허리가 따로 없 바다이야기pc버전다운 다. 과학자들은 흰개미가 공룡 전성시대인 2억년 전 홀로 살던 바퀴벌레에서 갈라져 나왔을 것으로 추정한다. 개미는 1억년 전 말벌에서 분리됐다.
로 교수 연구진은 흰개미의 유전자가 그동안 어떻게 변했는지 알아보기 위해 홀로 사는 바퀴벌레와 소규모 가족 집단을 이루는 숲바퀴, 군집 생활을 하는 여러 흰개미 종(種)의 유전체를 해독해 비교했다 사이다쿨접속방법 . 놀랍게도 무리 지어 사는 흰개미와 숲바퀴의 유전체가 혼자 사는 바퀴벌레보다 작고 단순했다. 복잡한 사회를 이루려면 유전 정보가 더 많아야 한다는 생각과 정반대 결과였다.
흰개미에서 사라진 대표적인 사례는 정자 꼬리를 만드는 유전자였다. 바퀴벌레를 포함해 대부분 동물은 한 암컷이 여러 수컷과 짝짓기를 한다. 그러다 보니 여러 수컷에서 온 바다이야기꽁머니 정자들이 더 빨리 난자에 가려고 경쟁을 벌였다. 그 결과 정자에 채찍처럼 움직이는 꼬리가 생겼다. 흰개미 정자는 꼬리가 없다. 연구진은 흰개미 조상이 일부일처제를 선택하면서 정자 경쟁이 사라졌으며, 꼬리도 더 이상 필요 없어졌다고 설명했다.
흰개미 군집은 여왕과 왕을 중심으로 일개미, 병정개미가 협력하고 먹이를 공유하면서 소화와 대사, 생식 관련 유전자들도 대거 줄였다. 자연에서 혼자 살려면 작물을 키우고 가공해 요리하는 데까지 모든 지식이 필요하지만, 사회가 발전하면서 농부와 제빵사, 요리사가 따로 생긴 것과 마찬가지다.



호주에 사는 흰개미(Mastotermees darwiniensis) 군집에서 생식 능력이 있는 유충을 일꾼(가운데)과 병정(좌우)이 돌보고 있다./호주 시드니대


◇번식 방법도 개미와 달리 진화
개미 사회에서 여왕개미의 알이 수컷의 정자와 만나 수정되면 모두 암컷인 여왕개미나 일개미가 된다. 수컷은 유전자가 암컷의 절반이다. 여왕개미가 낳은 알이 정자 없이 그대로 자라 수컷이 되기 때문이다. 무성(無性) 생식 또는 처녀 생식이라고 하는 과정이다.
흰개미는 번식 방법도 개미와 다르다. 여왕의 난자와 왕의 정자가 만나면 암수가 다 나온다. 생식을 할 수 없는 일꾼과 병정이 나오고, 생식 능력이 있어 나중에 여왕과 왕이 될 공주, 왕자도 생긴다. 로 교수 연구진은 수정된 알의 생식 가능 여부는 유충 단계에서 결정된다는 사실도 밝혀냈다.
관찰 결과 형제자매에게서 먹이를 풍부하게 공급받은 흰개미 유충은 에너지 대사가 발달해 번식하지 않는 일꾼, 병정이 됐다. 일을 하지 않는 공주와 왕자는 유충 단계에서 먹이를 적게 받았다. 로 교수는 “먹이 공급 방식을 달리해 군집의 노동력을 정밀하게 조정한다”며 “흰개미가 오랜 기간 안정적이고 효율적인 사회를 유지하는 방식”이라고 말했다.
흰개미 사회의 일부일처제는 여왕이 먼저 죽어도 끝나지 않는다. 1대 여왕이 왕보다 먼저 죽으면 공주 중 하나가 바로 2대 여왕이 돼 왕과 짝짓기를 한다. 문제는 이런 근친교배가 자칫 유전적 결함을 유발할 수 있다는 점이다. 2대 여왕의 유전자에는 아버지인 왕의 유전자가 절반 들어있기 때문이다. 왕에만 있어 잠복하던 나쁜 유전자가 여왕에도 있으면 후손에서 짝을 이루고 작동할 수 있다. 근친교배로 인한 유전적 결함이 이렇게 생긴다.
일본흰개미(학명 Reticulitermes speratus)에서는 그런 일이 일어나지 않았다. 일본 오카야마대의 마쓰우라 켄지(Kenji Matsuura) 교수 연구진은 2009년 국제 학술지 사이언스에 일본흰개미 군집에서 여왕은 무성 생식으로 근친 교배의 문제점을 해결한다고 발표했다.
일본흰개미 군집에서 1대 왕은 대부분 살아 있었지만, 여왕은 그보다 수명이 짧아 2대 여왕들이 다수 발견됐다. 놀랍게도 2대 여왕은 1대 여왕과 유전자가 똑같았다. 1대 여왕이 늙으면 왕과 짝짓기를 하지 않고 알이 정자 없이 자라는 무성 생식으로 대리 여왕을 만들기 때문이다. 1대 여왕이 죽으면 유전적으로 복제품인 2대 여왕이 그 자리를 물려받아 기존 왕과 계속 혈통을 이어간다.



일본흰개미의 무성생식./조선DB


◇흰개미 여왕의 장수도 일부일처 덕분
흰개미 군집에서 여왕은 한눈에 알 수 있다. 일꾼이나 병정은 몸길이가 수㎜에 그치지만 여왕은 알을 낳는 복부가 팽창해 몸길이가 10㎝를 훌쩍 넘는다.여왕 흰개미는 전성기에 하루에 알을 3만개 이상 낳기도 한다. 여왕개미보다 10배나 많이 낳는 것이다. 그런데 수명은 20년 이상으로 비슷하다.
흰개미 여왕이 출산을 그리 많이 하면서도 장수하는 이유는 유전자 손상을 막는 방법이 있기 때문이다. 독일 프라이부르크대의 유디트 코프(Yudith Korb) 교수는 2018년 ‘미 국립과학원회보(PNAS)’에 아프리카 초원지대에 사는 흰개미(Macrotermes bellicosus)가 일꾼보다 오래 사는 것은 도약 유전자(jumping gene)를 억제하기 때문이라고 발표했다.
도약 유전자는 말 그대로 뛰어다니듯 DNA에서 위치를 단기간에 쉽게 바꾸는 유전자다. 미국의 여성 과학자인 바버라 매클린톡 박사는 옥수수에서 도약 유전자를 처음 발견해 1983년 노벨 생리의학상을 받았다. 도약 유전자는 다른 곳으로 옮겨가 원래 유전자 기능을 억제해 결함을 일으킨다.
분석 결과 여왕이나 왕은 도약 유전자를 무력화하는 신호 경로를 가동하고 있었다. 반면 늙은 일꾼 흰개미에서는 이 경로가 억제돼 도약 유전자가 자유롭게 뛰어다녔다. 왜 일꾼이나 병정에서는 도약 유전자를 억제하지 않을까. 유디트 교수는 흰개미 군집 차원에서 에너지를 효율적으로 쓰기 때문이라고 설명했다.
여왕이나 왕처럼 번식을 하는 개체는 도약 유전자를 억제하고 수명을 늘려야 후손을 늘릴 수 있다. 반면 일꾼이나 병정은 수가 많아 언제든 교체할 수 있으므로 그런 수고를 하느라 에너지를 낭비할 필요가 없다는 것이다. 개체 차원에서 보면 가혹한 결정이지만 군집을 보면 현명한 선택이다. 흰개미가 바퀴벌레에서 진화해 2억년을 버텨온 데에는 다 이유가 있었다.
참고 자료
Science(2026), DOI: https://doi.org/10.1126/science.adt2178
PNAS(2018), DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1804046115
Science(2009), DOI: https://doi.org/10.1126/science.1169702
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