균류의 몸과 영양 — 밖에서 소화하고 빨아들인다

식물의 육상 진출을 보고 왔으니, 이제 땅에서 식물과 함께 살아온 다른 무리로 넘어갑니다. 균류입니다.

그런데 시작하기 전에 질문 하나만 던지겠습니다. 수업에서 실제로 물어보면 반응이 꽤 갈리는 질문이에요.

균류는 식물에 가깝습니까, 동물에 가깝습니까?

버섯은 땅에서 솟아오르고, 움직이지 않고, 숲에서 자랍니다. 학교 교과 분류에서도 보통 식물 단원 뒤에 붙어 나오죠. 그래서 대부분 식물 쪽을 고릅니다. 그런데 답은 동물입니다.

이 글은 그 한 문장을 납득시키는 데서 출발해서, 균류의 몸이 왜 그렇게 생겼는지와 어떻게 먹고 사는지까지 갑니다. 그리고 미리 말해 두면, 몸의 구조와 먹는 방식이 같은 이야기입니다. 둘을 따로 외우면 손해예요.

균류는 식물이 아닙니다 — 근거 네 가지

"식물이 아니다"를 느낌으로 말하면 안 됩니다. 확인할 수 있는 근거로 말해야 하죠. 네 가지가 있습니다.

① 광합성을 하지 않습니다. 엽록체가 없고 엽록소도 없습니다. 균류는 전부 종속영양이에요. 탄소도 에너지도 이미 만들어진 유기물에서 가져옵니다. 영양 방식 네 갈래의 표에서 보면 균류는 예외 없이 맨 아랫줄, 화학종속영양 칸에 들어갑니다. 생산자가 아니라는 뜻이죠.

② 세포벽의 재료가 다릅니다. 균류에도 세포벽은 있습니다. 그런데 그 재료가 식물의 셀룰로스가 아니라 키틴이에요. 키틴은 곤충의 외골격과 갑각류의 껍데기를 만드는 그 물질입니다. 식물이 아니라 동물 쪽에서 익숙한 재료로 벽을 짓고 있는 셈이죠.

③ 저장 다당류도 다릅니다. 식물은 남는 당을 녹말로 저장합니다. 균류는 글리코젠으로 저장해요. 사람의 간과 근육이 쓰는 그 방식입니다.

④ 분자 계통 자료가 균류를 동물 쪽에 놓습니다. 이게 가장 강한 근거입니다. 여러 유전자의 서열을 비교해 만든 계통수에서, 균류는 식물과 멀고 동물과 한 묶음으로 묶입니다. 이 묶음을 후편모생물이라고 부릅니다 — 균류, 동물, 그리고 깃편모충류 같은 몇몇 원생생물이 여기 들어가요.

이름이 왜 '후편모'일까요. 이 무리의 유영 세포가 단 하나의 편모를 몸 뒤쪽에 달고 그걸 밀어서 헤엄치기 때문입니다. 사람의 정자가 그렇게 움직이죠. 그리고 균류 중에서 가장 먼저 갈라져 나온 무리인 병꼴균류의 유주자도 똑같이 뒤쪽 편모 하나로 헤엄칩니다. 공유파생형질 하나가 균류와 동물을 묶는 겁니다. 형질이 계통을 가르는 방식이 궁금하면 공유파생형질과 분기분류학을 다시 보세요.

구분	균류	식물	동물
영양	종속영양(흡수)	독립영양(광합성)	종속영양(섭취)
세포벽	있다 — 키틴	있다 — 셀룰로스	없다
저장 다당류	글리코젠	녹말	글리코젠
계통적 위치	후편모생물 — 동물과 한 묶음	균류·동물과 먼 별개 계통	후편모생물

표의 마지막 줄을 보면 이상한 조합이 눈에 들어옵니다. 균류는 세포벽이 있다는 점만 식물과 같고, 나머지는 거의 동물 쪽이에요. 그런데 학생들이 식물로 착각하는 이유가 바로 그 하나 때문입니다. 세포벽이 있어서 움직이지 못하고, 움직이지 못하니 식물처럼 보이죠. '움직이지 않는다'는 것은 계통의 증거가 아닙니다. 산호도 움직이지 않지만 동물입니다.

쌤 한마디 — 이 글에서 하나만 가져가야 한다면 "균류는 식물보다 동물에 가깝다"입니다. 그런데 이걸 그냥 외우면 시험장에서 흔들려요. 키틴 — 글리코젠 — 후편모 세 단어를 같이 붙잡으세요. 세 개가 다 동물 쪽을 가리킵니다. 그리고 반대 방향의 함정도 조심하세요. "균류는 동물에 가깝다"를 "균류는 동물이다"로 쓰면 당연히 틀립니다. 균류는 독립된 계예요. 세포벽이 있고 먹이를 삼키지 않는다는 점에서 동물과 분명히 다릅니다.

몸은 실 한 가닥이 아니라 실의 그물입니다

이제 몸을 봅시다. 균류의 몸은 두 단어로 끝납니다.

• 균사 — 한 가닥의 실. 지름이 보통 수 마이크로미터 수준인 가느다란 관이고, 세포벽(키틴) 안에 세포질과 핵이 들어 있습니다.
• 균사체 — 그 균사가 갈라지고 뻗고 엉켜서 만든 그물 덩어리. 이게 균류의 실제 몸입니다.

여기서 가장 중요한 지점을 짚겠습니다. 우리가 보는 버섯은 균류의 몸이 아닙니다. 버섯은 포자를 만들어 날려 보내기 위해 균사체가 잠깐 땅 위로 올려 보낸 생식 구조물이에요. 몸의 대부분은 땅속이나 썩은 나무 속에서 눈에 보이지 않는 그물로 퍼져 있습니다. 버섯은 빙산의 꼭대기입니다.

그 그물이 얼마나 퍼질 수 있는지 보면 감이 옵니다. 미국 오리건주의 한 국유림에서 보고된 뽕나무버섯속 균사체는 면적이 약 9 km²에 이르는 것으로 측정됐습니다. 유전적으로 한 개체로 판정된 균사체 하나가 그 넓이에 퍼져 있다는 뜻이고, 나이는 수천 년으로 추정됐어요. 지상에서 가장 큰 생물을 꼽을 때 고래나 세쿼이아 대신 이 균사체를 드는 경우가 있는 게 이 때문입니다.

왜 하필 실 모양인가 — 표면적 이야기입니다

자, 이게 이 글의 핵심 논리입니다. 천천히 가겠습니다.

균류는 먹이를 표면으로 흡수합니다. 입이 없고, 삼키지 않습니다. 그러면 흡수 능력은 무엇에 비례하겠습니까. 먹이와 닿아 있는 표면의 넓이에 비례합니다.

그런데 몸을 공처럼 둥글게 만들면 부피는 커지는데 표면적은 그만큼 늘지 않습니다. 부피는 반지름의 세제곱으로, 표면적은 제곱으로 늘어나니까요. 덩어리로 커질수록 부피당 표면적은 줄어듭니다. 흡수로 먹고 사는 생물에게는 최악의 설계예요.

그래서 균류는 반대로 갑니다. 가늘고 길게, 그리고 계속 갈라지면서 자랍니다. 같은 부피의 세포질을 공 모양이 아니라 실의 그물로 펼치면 표면적이 어마어마하게 커집니다. 토양 1 cm³ 안에 들어 있는 균사를 다 이어 붙이면 수십 미터에 달하는 경우가 보고될 정도입니다.

이 논리가 처음 보는 게 아닐 겁니다. 음식 처리의 네 단계에서 기계적 소화가 왜 필요한지 설명할 때 같은 이야기를 했어요. 덩어리를 쪼개면 결합은 안 끊어지지만 표면적이 넓어져서 효소가 붙을 자리가 늘어난다는 그 논리. 소장의 융털도, 쓸개즙의 유화도 전부 같은 원리였죠.

균류는 그 '표면적 늘리기'를 몸의 기본 설계로 삼은 생물입니다. 동물이 소화관 안쪽에서 국소적으로 하는 일을, 균류는 몸 전체로 하고 있는 셈이에요.

그리고 하나 더. 균사체는 균사 끝에서만 자랍니다. 세포질과 세포벽 재료가 끝으로 운반되면서 그 지점만 밀고 나가요. 그래서 균사체는 "자라는 것"이 곧 "이동하는 것"입니다. 움직이지 못하는 생물이 먹이를 찾는 방법이 이거예요. 몸을 먹이 쪽으로 자라게 하는 것. 발은 없지만 먹이가 있는 쪽으로 간다는 점에서 균류는 상당히 적극적인 생물입니다.

격벽 — 칸이 나뉘어 있나, 뚫려 있나

균사 안쪽을 들여다보면 두 가지 형태가 있습니다. 시험에 자주 나오니 용어를 정확히 잡아 둡시다.

구분	격벽균사	무격벽균사
칸막이	격벽으로 칸이 나뉘어 있다	칸막이가 없다
세포질	칸마다 나뉘지만 격벽에 구멍이 있다	하나로 이어진 긴 관
핵	칸마다 1개 또는 여러 개	긴 세포질 안에 핵이 여러 개 흩어져 있다
부르는 이름	—	다핵체
예	자낭균류, 담자균류	접합균류 계열

격벽균사에서 꼭 짚을 게 있습니다. 격벽이 있다고 해서 완전히 막힌 벽이 아니에요. 구멍이 뚫려 있어서 세포질이 통하고, 세포기관과 심지어 핵까지 그 구멍으로 오갈 수 있습니다. 동물이나 식물의 세포 경계와는 성격이 전혀 다릅니다.

그래서 균사체 전체를 놓고 보면 세포질이 사실상 이어져 있는 하나의 흐름에 가깝습니다. 이게 실용적인 의미가 있어요. 균사체의 한쪽 끝이 좋은 먹이를 만나면, 거기서 얻은 영양분과 세포질을 멀리 떨어진 다른 쪽 끝으로 보낼 수 있습니다. 먹이가 없는 쪽으로 균사를 뻗는 탐색 비용을 이미 먹이를 찾은 쪽이 대 주는 구조인 셈이죠. 한 몸이지만 부분마다 수지가 다른, 꽤 영리한 배치입니다.

무격벽균사 쪽에서 나오는 질문도 미리 답해 둘게요. "핵이 여러 개인데 왜 한 세포라고 하나요?" 핵분열은 하는데 그에 맞춰 세포질을 나누는 일을 하지 않기 때문입니다. 핵의 개수와 세포의 개수가 반드시 1:1이어야 할 이유는 없어요. 사람의 근섬유도 핵이 여러 개인 하나의 세포입니다.

밖에서 소화하고 빨아들인다 — 그래서 몸이 실의 그물이다 — 송쌤생명과학 자체 제작

먹는 방식 — 밖에서 소화하고 빨아들인다

이제 영양입니다. 균류의 영양 방식은 한 줄로 요약됩니다.

효소를 몸 밖으로 내보내 거기서 분해한 다음, 작아진 분자를 흡수한다

동물과 비교하면 차이가 선명해집니다. 동물은 먹이를 몸 안으로 들여놓고, 몸 안의 격리된 공간(소화관)에서 분해하고, 그 벽을 통해 흡수합니다. 균류는 그 공간이 없어요. 대신 먹이 자체를 소화실로 씁니다. 균사가 먹이에 파고들어 가수분해효소를 분비하고, 먹이 덩어리 안에서 분해가 일어나고, 생긴 단위체를 균사가 막으로 흡수하는 거죠.

이걸 체외소화라고 부릅니다. 그리고 이렇게 표면으로 받아들이는 영양 방식을 흡수영양이라고 하죠.

그런데 왜 이런 방식일 수밖에 없는지가 더 중요합니다. 이유는 하나예요. 세포벽이 있어서 삼킬 수 없습니다.

식세포작용으로 먹이를 삼키려면 세포막이 유연하게 변형돼서 먹이를 감싸야 합니다. 그런데 균류의 세포는 키틴 벽으로 둘러싸여 있어요. 벽이 막의 변형을 허용하지 않습니다. 삼키는 길이 막혀 있으니, 남은 길은 분해를 몸 밖에서 해치우는 것뿐입니다.

그러니까 순서를 이렇게 잡아 두세요. 세포벽이 있다 → 삼킬 수 없다 → 효소를 밖으로 내보낸다 → 흡수만 한다 → 흡수가 전부니 표면적이 생사를 가른다 → 실 모양의 그물이 된다. 몸의 구조가 영양 방식에서 따라 나옵니다. 이 사슬을 한 번 이어 보면 따로 외울 게 거의 없어집니다.

그리고 체외소화에는 뜻밖의 부작용이 하나 있습니다. 효소를 몸 밖에 뿌려 놓으면 분해 산물이 누구에게나 공개됩니다. 균사가 흡수하기 전에 근처의 세균이 먼저 가져갈 수 있어요. 그래서 많은 균류가 항생 물질을 포함한 여러 화학물질을 함께 내보내며 주변 미생물과 경쟁합니다. 페니실린이 푸른곰팡이에게서 나온 것도 이 경쟁의 산물입니다 — 이 이야기는 균류와 사람 편에서 제대로 다룹니다.

무엇을 먹고 사느냐에 따라 네 가지

균류는 전부 종속영양이지만, 유기물을 어디서 가져오는지는 갈립니다.

• 분해자 — 죽은 생물과 배설물을 분해합니다. 균류의 다수가 여기 들어가고, 생태계에서 균류가 하는 가장 큰 일입니다. 셀룰로스와 리그닌까지 분해할 수 있다는 점이 결정적이에요.
• 기생자 — 살아 있는 숙주에서 영양분을 가져가며 해를 입힙니다. 식물병의 상당 부분이 균류 때문입니다.
• 공생자 — 상대와 물질을 주고받습니다. 균근과 지의류가 이쪽의 두 대표 사례입니다.
• 포식자 — 드물지만 있습니다. 균사에 고리나 끈끈한 그물 같은 구조를 만들어 토양의 선충을 붙잡아 균사를 뻗어 흡수하는 균류가 알려져 있어요. 움직이지 않는 생물의 사냥법입니다.

기생이나 공생을 하는 균류에서 자주 나오는 구조물이 흡기입니다. 균사 끝이 변형돼서 숙주 세포 안쪽으로 밀고 들어가 영양분을 받아 가는 구조예요. 여기서 세심하게 봐야 할 점이 있습니다. 흡기는 숙주의 세포벽은 뚫고 들어가지만 세포막은 뚫지 않습니다. 숙주의 막이 흡기를 감싼 채로 안쪽까지 밀려 들어오는 형태죠. 그래서 두 생물의 막이 아주 넓은 면적으로 맞닿게 되고, 그만큼 물질 교환이 빠릅니다. 이 구조가 공생 쪽에서 어떻게 쓰이는지는 균근 편의 핵심 내용입니다.

효모는 분류군이 아닙니다

짧게 짚고 갈 것. 효모는 균사체를 만들지 않고 단세포로 사는 균류를 가리키는 말입니다. 생활 형태를 가리키는 말이지 하나의 계통이 아니에요. 자낭균류 쪽에도 담자균류 쪽에도 효모가 있고, 서로 가까운 친척이 아닙니다.

그리고 환경에 따라 단세포 형태와 균사 형태를 오가는 균류도 있습니다. 사람에게 감염을 일으키는 몇몇 종이 이런 성질을 가지고 있어요. "효모냐 곰팡이냐"를 종의 꼬리표로 생각하면 이런 경우를 설명할 수 없습니다.

그런데 균류는 몇 종이나 될까

학생들이 자주 묻는 질문인데, 정직하게 답하면 아직 잘 모릅니다.

지금까지 이름이 붙어 기재된 종은 수만~10만 종 규모입니다. 그런데 실제 종 수는 그보다 훨씬 많다고 보며, 추정치는 연구와 방법에 따라 크게 달라집니다. 이유가 두 가지예요.

• 몸의 대부분이 안 보입니다. 균사체는 땅속과 나무 속에 있고, 자실체는 특정 시기에만 잠깐 나옵니다. 1년 중 며칠만 보이는 생물의 수를 세는 건 어렵죠.
• 겉모습이 비슷합니다. 균사는 다 비슷한 실이라 형태로 종을 가르기 어렵습니다. 그래서 토양 시료에서 바로 DNA를 읽는 방법이 쓰이면서 알려진 종 수가 빠르게 늘고 있어요.

여기서 제일 많이 틀립니다

• 균류를 식물로 분류한다 — 오늘의 1번입니다. 광합성을 하지 않고, 세포벽이 키틴이고, 계통적으로는 동물과 한 묶음입니다. 움직이지 않는다는 이유로 식물에 넣으면 안 됩니다.
• 균류의 세포벽이 셀룰로스라고 쓴다 — 키틴입니다. 셀룰로스는 식물, 펩티도글리칸은 세균의 세포벽이에요. 세 개를 한 줄로 외워 두세요.
• 세포벽이 있으니 식물과 가깝다고 추론한다 — 세포벽은 여러 계통에서 따로 생긴 구조입니다. 식물·균류·세균의 세포벽은 재료부터 다릅니다. 있다는 사실만으로 계통을 말할 수 없어요.
• 버섯이 균류의 몸이라고 생각한다 — 버섯은 자실체, 즉 포자를 만드는 생식 구조물입니다. 몸은 눈에 안 보이는 균사체예요.
• 균류가 먹이를 삼켜서 몸 안에서 소화한다고 쓴다 — 세포벽 때문에 삼킬 수 없습니다. 효소를 밖으로 내보내 분해한 뒤 흡수합니다.
• 격벽이 있으면 세포질이 완전히 분리된다고 생각한다 — 격벽에는 구멍이 있어 세포질·세포기관·핵이 통과합니다. 균사체는 사실상 이어진 세포질입니다.
• 효모를 하나의 분류군으로 쓴다 — 단세포로 사는 생활 형태를 가리킵니다. 자낭균·담자균 양쪽에 다 있습니다.
• "균류는 동물에 가깝다"를 "균류는 동물이다"로 쓴다 — 균류는 독립된 계입니다. 세포벽이 있고 삼키지 않는다는 점에서 동물과 분명히 다릅니다.

정리하면

균류는 종속영양 생물이고, 세포벽이 키틴이며, 당을 글리코젠으로 저장합니다. 분자 계통 자료는 균류를 식물이 아니라 동물과 함께 후편모생물로 묶습니다. 뒤쪽에 편모 하나를 달고 헤엄치는 유영 세포가 그 묶음의 흔적이에요.

몸은 균사라는 실이 갈라져 엉킨 균사체입니다. 가늘고 길게 퍼지는 이유는 표면적입니다. 흡수로만 먹는 생물이니 먹이와 닿은 면적이 곧 능력이고, 그래서 덩어리가 아니라 그물이 됐습니다. 균사는 끝에서만 자라고, 그 성장이 곧 먹이를 향한 이동입니다.

균사는 격벽으로 칸이 나뉜 형태와 칸막이 없이 핵만 여러 개인 다핵체 형태가 있습니다. 격벽에는 구멍이 있어 세포질이 통합니다.

영양 방식은 체외소화 후 흡수입니다. 세포벽 때문에 삼킬 수 없으니 효소를 밖으로 내보내 먹이 안에서 분해하고, 작아진 분자만 받아들입니다. 그렇게 해서 분해자·기생자·공생자, 드물게는 포식자로 살아갑니다.

그런데 아직 가장 이상한 부분을 꺼내지 않았습니다. 균류의 생활사입니다. 균류는 유성생식을 하면서도 2n 상태가 거의 없습니다. 두 균사가 만나 세포질은 합쳐지는데, 핵은 합쳐지지 않고 한 세포 안에 둘이 그대로 남아 몇 년을 함께 살아요. 동물이나 식물에서는 상상하기 어려운 상태죠. 다음 글에서 그 이상한 생활사를 표로 정리하겠습니다.