진핵생물의 특징 및 원생생물(섭식구굴착류)

저번 글에서는 원핵생물의 대사 과정, 진화, 역할, 인간에게 미치는 영향 등에 대해 알아보았습니다. 이번 글에서는 진핵생물은 무엇인지에 대해 알아보겠습니다.

1. 진핵생물은 대부분 단세포 생물

 식물, 동물, 균류, 원생생물은 진핵생물영역(domain Eukarya)에 속합니다. 원핵생물의 세포와 다르게 진핵생물은 세포에 핵과 막성 세포소기관들이 존재합니다. 세포소기관은 특정 세포 기능이 수행될 수 있게 특정한 곳에 위치합니다. 그렇기 때문에 진핵생물이 원핵생물보다 복잡합니다. 진핵세포는 또한 세포 전체에 세포골격이 있습니다. 세포골격은 진핵세포의 비대칭 형태를 갖게 하거나, 형태를 변할 수 있게 해 줍니다. 그러나 원핵세포는 진핵세포에 비해 세포골격이 잘 발달되지는 않습니다.

-원생생물에서 구조와 기능의 다양성

 진핵생물에 속한 대부분은 원생생물(protist)이며, 대부분의 원생생물은 단세포입니다. 원생생물은 복잡하며, 모든 세포 중 가장 정교합니다. 원생생물은 핵, 소포체, 골지체, 리소좀 등의 세포소기관을 사용합니다. 일부는 세포에서 남은 물을 방출하는 수축포 등의 세포소기관에 의존합니다. 원생생물의 영양방식 또한 다양합니다. 일부는 광독립영양생물, 또는 종속영양생물, 나머지는 혼합영양생물(mixotroph)입니다. 생식방법도 다릅니다. 일부는 무성생식만 하고, 또 일부는 유성생식을 합니다. 과거에는 생물학자들이 진핵생물에서 갈라진 첫 번째 계열이 바로 미토콘드리아가 없는 원생생물(amitochondriate protists)이라고 생각했습니다. 그러나 이 생물은 미토콘드리아를 가지는 것으로 파악되었고, 진핵생물의 계통은 계속 변하고 있습니다.

-진핵생물 진화 과정에서의 세포내공생

 원생생물이 다양한 이유 중의 하나는 한 생물이 숙주의 내부에 살아가는 세포내공생(endosymbiosis) 때문이라는 증거들이 많습니다. 많은 자료들은 미토콘드리아와 색소체가 초기의 진핵세포가 삼킨 원핵생물에서 유래했다고 합니다. 그리고 미토콘드리아는 색소체보다 먼저 진화했습니다. 그렇기에 진핵생물의 기원은 숙주세포가 어떤 세균을 삼켰을 때 결정적으로 나타났을 것으로 추정됩니다. 색소체는 진핵생물 숙주에 의해 삼켜진 남세균에서 유래했다고 합니다.(여기서 색소체는 엽록체를 포함하는 용어입니다.)

-색소체 진화

 진핵생물이 만들어진 후 후반에 종속영양성 진핵생물이 광합성 남세균 공생체를 얻어 색소체로 진화했다는 증거들이 있습니다. 색소체를 가진 계열은 광합성 원생생물이나 조류(algae)로 이어집니다. 남세균은 그람음성세균이며, 두 개의 세포막을 가집니다. 조류에 속하는 홍조류와 녹조류의 색소체들도 두 개의 막이 있습니다. 또한 막의 수송 단백질은 남세균의 막에 있는 단백질과 상동적이라 색소체가 남세균에서 유래했다는 것을 지지합니다. 홍조류와 녹조류는 종속영양진핵생물의 식포에 섭취되어 스스로 세포내공생체가 되는 2차 세포내 공생(secondary endosymbiosis)을 겪었습니다. 

2. 섭식구굴착류

 진핵생물의 4가지 주요 원생생물군(섭식구굴착류, SAR, 고색소체류, 단편모류)에 대해 알아보겠습니다. 그 중 섭식구굴착류(Excavata)는 중복편모충류, 부기저체류, 유글레노조아류가 있습니다. 중복편모충류(diplomonade)와 부기저체류(parabasalid)는 색소체가 없고 축소된 미토콘드리아가 있으며, 혐기성 환경에서 주로 발견됩니다. 중복편모충류는 미토솜(mitosome)이라는 축소된 미토콘드리아가 있는데 이것은 전자전달계 역할을 하지 못합니다. 대신, 이 생물은 혐기성 생화학 경로를 통해 에너지를 얻습니다. 중복편모충류의 상당수는 기생충입니다. 구조적으로는 2개의 같은 크기의 핵과 여러 편모를 가집니다. 진핵생물의 편모는 세포의 원형질막으로 덮인 미세소관 다발로 구성된 세포질이 연장된 것입니다.

 부기저체류(parabasalid)는 수소발생소포(hydrogenosome)라는 축소된 미토콘드리아를 가집니다. 수소발생소포는 부산물로 수소가스를 방출합니다. 대표적인 부기저체류의 예시는 질(세모) 편모충입니다. 성관계를 통해 전달되는 기생충으로, 사람의 생식관과 요도관의 내벽을 따라 이동합니다. 유글레노조아류(euglenozoans)는 포식성 종속영양생물, 광합성 독립영양생물, 혼합영양생물, 기생생물 등을 포함합니다. 이 원생생물은 각 편모 내에 간상체 구조가 있습니다. 유글레노조아류에는 핵편모충류(kinetoplastids)와 유글레나류(euglenids) 등이 있습니다. 운동핵편모충류는 동원질체라는 DNA 덩어리가 포함된 큰 미토콘드리아를 가집니다. 주로 습기 찬 생태계에서 원핵생물을 섭식하고, 다른 생물에 기생하기도 합니다. 유글레나류는 세포의 한쪽 말단에 1~2개의 편모가 나오는 주머니가 있습니다. 유글레나의 일부는 독립영양과 종속영양을 둘 다 하는 혼합영양생물입니다. 이렇듯 이번 글에서는 진핵생물 중 원생생물의 특징, 색소체 및 미토콘드리아의 진화, 원생생물의 한 종류인 섭식구굴착류에 대해 알아보았습니다. 다음 글에서는 나머지 원생생물의 종류에 대해 알아보겠습니다.