먹는 법과 움직이는 법 — 위족·섬모·편모

앞 글에서 위족·섬모·편모는 계통을 가르는 기준으로 못 쓴다고 했습니다. 여러 묶음에 흩어져 있으니까요. 그런데 그렇다고 이 특징들이 쓸모없는 게 아닙니다. 분류에는 못 쓰지만, 세포 하나가 어떻게 살아가는지를 보는 데는 이보다 좋은 창이 없습니다.

그리고 이 단원은 실험 관찰과 직결됩니다. 현미경으로 연못물을 보면 가장 먼저 눈에 들어오는 게 "어떻게 움직이는가"예요. 아메바가 몸을 늘여 기어가는 것, 짚신벌레가 빠르게 지나가는 것, 유글레나가 녹색으로 흐느적거리는 것. 그 셋이 오늘의 주인공입니다.

정리하는 방법은 축 두 개입니다. 어떻게 먹나, 어떻게 움직이나. 원핵생물 단원에서 에너지원과 탄소원 두 축으로 표를 만든 것과 같은 방식이에요.

첫 번째 축 — 어떻게 먹나

원생생물의 영양 방식은 크게 셋입니다. 그리고 둘을 겸하는 네 번째가 있습니다.

방식	무엇을 하나	예
광합성(독립영양)	색소체에서 빛으로 유기물을 만든다	규조류, 와편모조류, 녹조류, 홍조류, 갈조류
섭식(종속영양)	다른 생물이나 입자를 삼켜서 세포 안에서 소화한다	아메바, 짚신벌레, 유공충
흡수(종속영양)	주변의 유기물을 분해해 녹은 상태로 받아들인다	물곰팡이류, 기생성 원생생물
혼합영양	광합성과 섭식(또는 흡수)을 함께 한다	유글레나, 일부 와편모조류

표의 두 번째와 세 번째 줄 차이를 정확히 해 둡시다. 둘 다 유기물을 쓰는 종속영양인데 소화하는 장소가 다릅니다. 섭식은 삼켜서 세포 안에서 소화하고, 흡수는 세포 밖에서 분해해 녹은 분자만 들여옵니다. 균류가 쓰는 방식이 후자인데, 균류와 물곰팡이가 비슷해 보이는 이유가 여기 있어요.

삼켜서 먹는다 — 식세포작용의 실제

섭식의 기구는 식세포작용입니다. 과정이 단순하고 아름답습니다.

• 세포막이 먹이를 감싸 안으로 함몰시킵니다.
• 막으로 싸인 주머니, 즉 먹이소낭이 세포 안으로 떨어져 들어옵니다.
• 소화효소가 든 리소좀이 이 소낭과 융합합니다.
• 안에서 소화가 일어나고, 쓸 수 있는 분자는 세포질로 나가고 남은 것은 세포 밖으로 버려집니다.

여기서 꼭 짚을 것. 소화가 세포 안에서, 그러나 막 안쪽에서 일어난다는 점입니다. 소화효소가 세포질에 그대로 풀리면 자기 세포를 녹여 버리겠죠. 그래서 반드시 막으로 격리된 공간 안에서만 작동합니다. 동물의 소화기관이 '몸 바깥과 이어진 관'인 것과 발상이 같습니다. 소화는 언제나 격리된 공간에서 일어나야 해요.

그리고 같은 기구를 우리 몸도 씁니다. 백혈구가 세균을 잡아먹는 방식이 똑같은 식세포작용이에요. 단세포 생물의 밥 먹는 방법이 우리 면역계의 무기로 쓰이고 있습니다.

먹이를 모으는 방식은 생물마다 다릅니다.

• 아메바는 위족으로 먹이를 둘러싸 안고 들어옵니다. 움직일 때 쓰는 그 기구가 그대로 먹는 기구예요.
• 짚신벌레는 세포 표면의 패인 부분으로 먹이를 몰아넣습니다. 몸을 덮은 섬모가 물살을 일으켜 먹이 입자를 그 자리로 쓸어 보내는 거죠. 떠다니는 먹이를 물살로 수확하는 방식입니다.
• 유공충은 껍질 구멍으로 내민 실 모양 위족에 먹이가 걸리면 그것을 거둬들입니다. 그물을 펼쳐 둔 셈입니다.

두 번째 축 — 어떻게 움직이나

이제 운동입니다. 세 가지를 한 표로 비교하고, 하나씩 보겠습니다.

구분	위족	섬모	편모
생김새	세포질이 밀려 나온 돌출부	짧고 많다(세포를 덮는다)	길고 적다(보통 1~2개)
기반 구조	미세섬유(액틴 계열)	미세소관 다발	미세소관 다발
움직이는 방식	세포질이 흘러 몸이 늘어난다	여럿이 박자를 맞춰 노 젓듯 움직인다	채찍·파도처럼 굽혀 흔든다
속도	느리다	빠르다	중간
먹이 포획 겸용	그렇다	그렇다(물살로 쓸어 모은다)	대개 아니다
대표 생물	아메바, 유공충, 방산충	짚신벌레 등 섬모충류	유글레나, 와편모조류

표에서 두 번째 줄을 꼭 보세요. 위족만 미세섬유 기반이고, 섬모와 편모는 같은 미세소관 구조입니다. 섬모와 편모는 구조가 사실상 같고 길이와 개수, 그리고 움직이는 양상만 다릅니다. 그래서 "섬모와 편모의 차이를 쓰라"는 문제에 "구조가 다르다"고 쓰면 틀립니다. 다른 건 길이·개수·운동 양상입니다.

위족 — 몸을 흘려 나아간다

위족 운동은 발로 걷는 것과 전혀 다릅니다. 세포질 자체가 한쪽으로 흘러 그 방향으로 몸이 늘어나는 거예요. 안쪽에서 미세섬유가 재배열되며 세포질을 밀고, 늘어난 부분이 바닥에 붙으면 뒤쪽이 따라옵니다.

그래서 아메바는 정해진 모양이 없습니다. 움직일 때마다 모양이 바뀝니다. 교과서 그림의 아메바 모양은 "어느 한 순간의 모습"일 뿐이에요.

위족의 생김새는 계통에 따라 다릅니다. 아메바 계열은 두툼한 손가락 모양이고, 리자리아는 실처럼 가느다란 모양입니다. 앞 글에서 리자리아를 묶은 기준이 바로 그 차이였죠. 같은 '위족'이라는 이름을 쓰지만 서로 다른 계통의 서로 다른 구조입니다.

섬모 — 여럿이 박자를 맞춘다

섬모의 특징은 개수입니다. 짚신벌레 한 마리의 표면에 수천 개 규모의 섬모가 덮여 있습니다. 그런데 이게 제각각 흔들리면 아무 데도 못 갑니다. 물결이 지나가듯 순서대로 움직여야 추진력이 생겨요.

그 결과 섬모충류는 원생생물 중에서 가장 빠르고 민첩합니다. 방향을 바꿀 수 있고, 장애물에 부딪히면 섬모의 운동 방향을 거꾸로 돌려 뒤로 물러난 다음 각도를 틀어 다시 나아갑니다. 부딪히고, 후진하고, 방향을 바꾼다 — 단세포가 하는 행동이라고 생각하면 꽤 놀랍습니다.

그리고 섬모는 사람 몸에도 있습니다. 기관의 상피세포가 섬모로 점액을 밀어 올려 먼지를 내보내고, 난관의 섬모가 난자를 이동시킵니다. 짚신벌레가 헤엄치는 기구와 우리 기관지가 가래를 밀어 올리는 기구가 같은 구조입니다. 쓰는 방향만 반대예요 — 짚신벌레는 물을 밀어 자기가 움직이고, 우리는 고정된 세포가 물질을 밀어냅니다.

편모 — 진핵의 편모는 세균의 편모와 다릅니다

이 단락이 이 글에서 가장 자주 틀리는 지점입니다.

세균에도 편모가 있고 유글레나에도 편모가 있습니다. 이름이 같고 기능도 같습니다. 그런데 구조와 작동 방식이 완전히 다릅니다.

구분	원핵생물의 편모	진핵생물의 편모
구성	단백질 섬유 가닥	미세소관 다발이 세포막에 싸여 있다
굵기	훨씬 가늘다	훨씬 굵다
움직임	회전한다 — 밑동의 모터가 돌린다	굽힌다 — 채찍이나 파도처럼 휜다
세포막에 싸여 있나	아니다	그렇다

원핵생물의 편모는 프로펠러처럼 돌아갑니다. 진핵생물의 편모는 돌지 않고 휘어집니다. 자세한 원핵 쪽 구조는 원핵세포의 구조 편에서 봤던 그대로입니다.

그래서 이렇게 기억하세요. 이름만 같고 기원이 다른 서로 다른 구조입니다. 상동과 상사 편의 용어로 말하면 상사의 교과서적인 예예요. 같은 문제(물속에서 헤엄치기)에 두 계통이 각자 다른 답을 낸 겁니다.

물을 퍼내는 기구 — 수축포

이제 운동도 영양도 아니지만 꼭 다뤄야 할 소기관이 하나 있습니다. 수축포입니다.

왜 필요한지부터 보죠. 담수에 사는 단세포 생물을 생각해 보세요. 세포 안쪽은 용질이 많고 바깥의 연못물은 용질이 거의 없습니다. 그러면 삼투에 의해 물이 계속 세포 안으로 들어옵니다. 가만히 있으면 부풀어 터지겠죠.

동물 세포는 이 문제를 혈액의 조성을 조절해서 피하고, 식물 세포는 세포벽으로 버팁니다. 그런데 담수 원생생물은 세포벽도 없고 조절해 줄 몸도 없습니다. 그래서 들어온 물을 퍼내는 장치를 가집니다. 수축포가 세포질의 물을 모아 주기적으로 세포막까지 이동한 뒤 밖으로 내보냅니다.

증거를 하나 보여 드릴까요. 바다에 사는 종에서는 수축포가 없거나 훨씬 덜 발달해 있습니다. 바닷물은 용질 농도가 높아서 물이 밀려 들어오지 않으니 퍼낼 일이 없는 거예요. 구조가 환경에 맞춰 있다는 걸 이렇게 깔끔하게 보여 주는 사례는 드뭅니다. 수축포를 "삼투 조절 기관"이라고 외우는 대신, 담수와 해수를 비교하면서 이해하세요.

쌤 한마디 — 실험 관찰 문제로 자주 나옵니다. "짚신벌레를 농도가 다른 용액에 넣었을 때 수축포의 수축 횟수가 어떻게 변할까"류요. 답은 방향만 잡으면 됩니다. 바깥이 묽을수록(저장액일수록) 물이 더 많이 들어오니 수축 횟수가 늘어납니다. 반대로 소금을 조금 타면 수축이 느려지죠. 외우지 말고 "물이 어느 쪽으로 가나"만 매번 다시 생각하세요. 삼투 문제는 전부 이 한 질문으로 풉니다.

무엇을 먹고 어떻게 움직이는가 — 두 축이면 정리된다 — 송쌤생명과학 자체 제작

유글레나 — 두 축을 한 몸에 가진 생물

교과서가 유글레나를 꼭 다루는 이유가 있습니다. 오늘의 두 축을 한 세포가 전부 보여 줍니다.

영양 쪽으로 보면 유글레나는 혼합영양입니다. 색소체가 있어서 빛이 있으면 광합성을 하고, 빛이 없거나 유기물이 풍부하면 유기물을 받아들여 종속영양으로 넘어갑니다. 식물이기도 하고 동물이기도 한 셈이라, 옛 분류에서 식물학자와 동물학자가 서로 자기 쪽 교재에 실었던 생물입니다. 이게 "동물·식물 이분법으로 생물을 가를 수 없다"는 걸 보여 주는 가장 유명한 예예요.

운동 쪽으로 보면 편모를 씁니다. 길고 굵은 편모 하나가 주된 추진 기관이고, 휘어지며 몸을 끌고 갑니다.

그리고 하나 더, 안점이 있습니다. 여기서 오해가 자주 생기니 정확히 해 둡시다. 안점은 눈이 아닙니다. 상을 맺지도 않고 빛을 '보지'도 않습니다. 색소가 모인 덩어리이고, 편모 밑동 근처의 빛을 감지하는 구조에 그늘을 드리우는 역할을 합니다.

그 그늘이 왜 쓸모가 있을까요. 유글레나가 몸을 돌려 가며 헤엄치는 동안, 안점이 빛을 가리는 순간과 가리지 않는 순간이 번갈아 생깁니다. 그 차이로 빛이 어느 방향에서 오는지를 알 수 있어요. 그렇게 광합성에 유리한 쪽으로 이동합니다. 빛을 향해 움직이는 행동이 이렇게 단순한 장치로 구현되는 겁니다.

이 대목은 세특 소재로도 좋습니다. "방향을 아는 데 반드시 눈이 필요한가"라는 질문으로 풀면, 감각의 최소 조건이 무엇인지로 이어지는 흥미로운 글이 나옵니다.

짚신벌레 — 단세포가 여기까지 간다

마지막으로 짚신벌레 하나만 더 들여다보겠습니다. "단세포는 단순하다"는 짐작을 깨는 데 이만한 생물이 없어요.

세포 하나 안에 이런 것들이 다 있습니다. 먹이를 받아들이는 패인 부위, 먹이소낭, 소화가 끝난 찌꺼기를 내보내는 정해진 자리, 물을 퍼내는 수축포, 몸을 덮은 수천 개 규모의 섬모, 그리고 역할이 다른 두 종류의 핵입니다. 하나는 평소 세포 활동에 필요한 유전정보를 담당하고, 다른 하나는 유전정보를 다음 세대로 넘기는 일을 맡습니다.

두 핵이 있다는 사실이 생각보다 중요합니다. 짚신벌레는 보통 둘로 나뉘어 번식하는데, 환경이 나빠지면 두 개체가 맞붙어 유전물질을 교환합니다. 이건 번식이 아니에요 — 개체 수가 늘지 않습니다. 유전적 다양성을 만들기 위한 과정이 번식과 따로 분리돼 있는 것입니다. 원핵생물에서 유전자 교환과 번식이 별개였던 것과 발상이 비슷하면서도, 여기서는 감수분열이 관여한다는 점이 다릅니다.

두 축을 겹쳐 보기

이제 축 두 개를 합쳐 대표 생물을 배치해 보겠습니다. 이 표가 오늘의 요약입니다.

생물	어떻게 먹나	어떻게 움직이나	특징 소기관
아메바	섭식(식세포작용)	위족(두툼한 형태)	먹이소낭, 수축포
짚신벌레	섭식(섬모로 물살을 일으켜 모은다)	섬모	수축포, 두 종류의 핵
유글레나	혼합영양(광합성 + 종속영양)	편모	색소체, 안점, 수축포
규조류	광합성	스스로 헤엄치지 않는다 — 떠다닌다	규산 껍질, 색소체
유공충	섭식(실 모양 위족에 걸린 먹이)	실 모양 위족	탄산칼슘 껍질
와편모조류	광합성(종에 따라 혼합영양)	편모 두 개 — 회전하며 나아간다	색소체

네 번째 줄을 보세요. 규조류는 운동 기관이 없습니다. 물에 떠 있는 상태로 살아갑니다. 운동 기관이 없다는 것도 하나의 전략이에요 — 광합성을 하려면 빛이 닿는 표층에 있어야 하고, 거기 떠 있을 수만 있으면 굳이 헤엄칠 이유가 없습니다. 실제로 규조류의 가볍고 정교한 껍질이 가라앉는 속도를 늦추는 데 기여합니다.

여기서 제일 많이 틀립니다

• 섬모와 편모를 '구조가 다른 것'으로 쓴다 — 둘 다 미세소관 기반으로 구조가 사실상 같습니다. 다른 건 길이·개수·운동 양상입니다.
• 원핵생물의 편모와 진핵생물의 편모를 같은 것으로 쓴다 — 오늘의 1번입니다. 원핵은 회전하는 단백질 섬유, 진핵은 굽혀 흔드는 미세소관 다발입니다. 이름만 같습니다.
• 위족을 미세소관 구조로 쓴다 — 위족은 미세섬유(액틴 계열) 기반입니다. 미세소관은 섬모·편모 쪽입니다.
• 수축포를 '배설 기관'으로만 쓴다 — 주된 역할은 삼투 조절, 즉 들어온 물을 퍼내는 것입니다. 해수에 사는 종에서 덜 발달한 것이 그 증거입니다.
• 안점을 눈으로 설명한다 — 상을 맺지 않습니다. 빛 감지 구조에 그늘을 만들어 방향을 알려 주는 색소 덩어리입니다.
• 유글레나를 '식물성 원생생물'로만 분류한다 — 혼합영양입니다. 빛이 없으면 종속영양으로 넘어갑니다.
• 세포 내 소화가 세포질에서 일어난다고 쓴다 — 먹이소낭 안에서 일어납니다. 효소가 세포질에 풀리면 자기 세포가 상합니다.
• 섭식과 흡수를 같은 말로 쓴다 — 섭식은 삼켜서 세포 안에서 소화하고, 흡수는 세포 밖에서 분해해 녹은 분자를 들여옵니다.
• 모든 원생생물이 운동성이 있다고 생각한다 — 규조류와 성체 갈조류처럼 스스로 헤엄치지 않는 무리가 있습니다.

쌤 한마디 — 이 단원은 암기보다 관찰 그림 해석으로 나옵니다. 그림을 주고 "이 생물의 운동 기관과 영양 방식을 쓰라"는 식이죠. 그래서 세 장면만 머리에 넣어 두세요. 모양이 일정하지 않고 두툼한 돌출부가 보이면 아메바(위족), 표면이 짧은 털로 덮여 있으면 짚신벌레(섬모), 길쭉하고 녹색이며 긴 채찍 하나가 보이면 유글레나(편모). 그리고 그림에 작은 주머니 하나가 가장자리에 그려져 있으면 거의 수축포이고, 그 문제는 삼투 문제입니다. 이 패턴만으로 상당 부분이 해결됩니다.

정리하면

원생생물은 영양과 운동 두 축으로 정리하면 깔끔합니다.

영양은 광합성·섭식·흡수 세 가지에 둘을 겸하는 혼합영양이 더해집니다. 섭식은 식세포작용으로 먹이소낭을 만들어 막 안쪽에서 소화하고, 흡수는 세포 밖에서 분해해 녹은 분자를 들여옵니다.

운동은 위족·섬모·편모 세 가지입니다. 위족은 미세섬유 기반으로 세포질이 흘러 움직이고 먹이 포획을 겸합니다. 섬모와 편모는 둘 다 미세소관 기반으로 구조가 같고, 길이와 개수와 움직이는 양상이 다릅니다. 그리고 진핵생물의 편모는 원핵생물의 편모와 전혀 다른 구조입니다 — 하나는 굽히고 하나는 돕니다.

여기에 담수 생활의 필수 장치인 수축포가 붙습니다. 삼투로 들어오는 물을 퍼내는 기구이고, 해수에 사는 종에서는 덜 발달해 있습니다.

대표 세 장면은 아메바의 위족, 짚신벌레의 섬모, 유글레나의 편모와 안점입니다. 특히 유글레나는 광합성과 섭식을 겸하는 혼합영양이라, 생물을 동물과 식물로 가르는 이분법이 왜 성립하지 않는지를 한 세포로 보여 줍니다.

이제 마지막 글입니다. 지금까지 원생생물이 무엇이고 어떻게 묶이고 어떻게 사는지를 봤습니다. 남은 질문은 "그래서 사람에게 무슨 의미인가"예요. 다음 글에서 말라리아와 적조를 다루고, 그리고 바다의 1차생산 상당 부분을 이 작은 생물들이 담당한다는 이야기로 챕터를 닫겠습니다.