원생생물이란 무엇인가 — '계'가 아니라 남은 것들

세균과 고세균을 끝냈습니다. 이제 진핵생물로 넘어갑니다. 그 첫 무리가 원생생물인데, 들어가기 전에 솔직하게 말해 둘 게 있습니다.

'원생생물'은 생물학에서 가장 정직하지 못한 이름 중 하나입니다. 이 말은 어떤 공통점을 가진 무리를 가리키는 게 아니라, 다른 데 넣을 자리가 없어서 남은 것들을 한 봉지에 쓸어 담은 이름이에요. 그래서 이 글은 "원생생물의 특징 다섯 가지" 같은 걸 외우게 하는 글이 아닙니다. 오히려 그렇게 외우면 안 되는 이유를 설명하는 글입니다.

제가 수업에서 이 단원을 시작할 때 늘 먼저 묻는 질문이 있습니다. "원생생물계는 몇 개의 계일까요?" 답은 0개입니다. 지금 분류에는 그런 계가 없어요. 왜 없어졌는지부터 보겠습니다.

원생생물의 정의는 '~이 아닌 것'입니다

정의부터 드리면 이렇습니다. 원생생물은 진핵생물 가운데 동물도, 식물도, 균류도 아닌 것들을 통틀어 부르는 말입니다. 긍정형 정의가 아니라 부정형 정의예요.

이게 왜 문제인지 비유로 보겠습니다. 교실에서 "1반, 2반, 3반, 그리고 그 외 학생들"이라고 묶으면 마지막 묶음은 반이 아닙니다. 1반도 2반도 3반도 아니라는 공통점밖에 없으니까요. 그 안에 서로 전혀 모르는 사람들이 섞여 있어도 이상하지 않죠. 원생생물이 정확히 그 상태입니다.

실제로 이 봉지 안에 무엇이 들어 있는지 보면 금방 감이 옵니다. 길이가 수십 미터에 이르는 다시마와, 사람의 적혈구 안에서 증식하는 말라리아 원충과, 연못물의 짚신벌레와, 해양 식물플랑크톤의 주력인 규조류가 전부 같은 봉지에 들어 있습니다. 공통점을 찾아보라고 하면 "진핵생물이다" 말고는 딱히 없어요.

'원생생물계'는 왜 깨졌나

옛 분류에서는 원생생물계(Protista)가 하나의 계로 당당히 있었습니다. 핵이 있고(그래서 원핵생물이 아니고), 조직을 이루는 다세포가 아니니(그래서 동물·식물·균류가 아니고) 따로 한 계를 주자는 발상이었죠. 20세기 중후반의 5계 분류 체계가 그렇게 그려졌습니다.

그런데 분자 데이터로 계통을 다시 그려 보니 이 계가 버티지 못했습니다. 이유는 계통수 편에서 배운 원칙 하나로 설명됩니다. 분류 단위는 공통조상과 그 후손 전부를 포함해야 한다는 것이요.

원생생물은 그 조건을 통과하지 못합니다. 진핵생물의 공통조상에서 나온 후손 중에서 동물·식물·균류만 빼놓고 나머지를 모은 집단이기 때문이에요. 후손의 일부를 일부러 제외한 묶음이니, 측계통군입니다. 고세균 편에서 '원핵생물'이라는 말에 똑같은 지적을 했던 것 기억하시죠. 세균과 고세균이 하나의 계통이 아니었던 것과 구조가 같은 문제입니다.

더 결정적인 건 봉지 안쪽의 사정이었습니다. 원생생물 중 어떤 무리는 다른 원생생물보다 동물이나 식물과 더 가까웠습니다.

• 홍조류와 녹조류는 다른 원생생물보다 육상식물과 훨씬 가깝습니다. 아예 같은 상위 그룹으로 묶입니다.
• 아메바류와 점균 쪽 계통은 동물과 균류가 속한 가지와 가깝습니다.

이러면 원생생물계는 유지가 불가능합니다. 녹조류를 원생생물계에 두고 식물을 식물계에 두는 순간, 식물계는 녹조류 쪽 조상에서 나온 한 가지에 불과한데 그 조상은 다른 계에 있는 이상한 그림이 되거든요. 그래서 계를 해체하고, 그 안에 있던 무리들을 진핵생물의 여러 상위 그룹에 흩어 놓는 쪽으로 정리됐습니다.

흩어진 모습을 대략만 보여 드리면 이렇습니다. 이름을 지금 외울 필요는 없습니다 — 주요 계통 편에서 제대로 다룹니다.

옛 '원생생물계'의 무리	지금은 어디에	한 묶음이 된 이유
유글레나, 지아르디아, 트리파노소마	엑스카바타 쪽	세포 구조와 미토콘드리아의 특이성
규조류, 갈조류(다시마), 짚신벌레, 와편모조류, 말라리아 원충, 유공충	SAR	분자 계통 자료가 하나의 큰 가지로 묶는다
홍조류, 녹조류	아르케플라스티다 — 육상식물과 같은 묶음	1차 내부공생으로 엽록체를 얻은 계열
아메바, 점균	유니콘타 — 동물·균류와 가까운 쪽	분자 자료와 세포 특징

표의 세 번째 줄과 네 번째 줄을 보세요. 원생생물이 어디로 갔는지가 한눈에 보입니다. 하나의 계가 쪼개져 진핵생물 계통수 전체에 퍼져 버린 거예요.

쌤 한마디 — 이 단원에서 학생들이 제일 답답해하는 게 "그러니까 원생생물이 뭐냐고요"입니다. 저는 이렇게 정리해 줍니다. 원생생물은 분류 단위가 아니라 서술 편의용 용어라고요. '야생동물'이나 '해산물' 같은 말이에요. 뜻이 통하고 실제로 쓰이지만, 계통을 가리키는 말은 아니죠. 시험에서 "원생생물계의 특징을 쓰라"는 식으로 나오면 교과서 기준으로 답하되, 서술형에서 한 문장 보탤 기회가 있으면 "다만 원생생물은 단일 계통이 아니어서 현재 분류에서는 하나의 계로 두지 않는다"를 붙이세요. 이 한 줄이 들어간 답안은 확실히 눈에 띕니다.

그런데 왜 아직도 이 말을 쓰나

계가 없어졌는데 교과서에 단원이 남아 있는 게 어색하죠. 이유는 두 가지입니다.

첫째, 대안이 더 불편합니다. 이 생물들을 묶어 부를 말을 포기하면, 연못물 한 방울 안의 생물들을 설명할 때마다 "엑스카바타에 속하는 어떤 단세포 진핵생물과 SAR에 속하는 다른 단세포 진핵생물"이라고 말해야 합니다. 생태 연구에서도 미세조류·원생동물 같은 묶음은 기능적으로 의미가 있어요.

둘째, 진핵세포 자체를 공부하기에 가장 좋은 대상입니다. 세포 하나가 먹고, 움직이고, 삼투를 조절하고, 자기 몸을 지탱하는 일을 전부 혼자 해냅니다. 다세포 생물에서는 여러 조직이 분담하는 일을 세포 하나가 소기관으로 해결하는 모습을 볼 수 있다는 뜻이에요. 그래서 세포생물학의 교재 같은 존재입니다.

원핵생물과는 전혀 다릅니다

여기서 꼭 끊어 줘야 할 오해가 있습니다. 원생생물을 "조금 복잡한 세균" 정도로 읽는 학생이 꽤 있습니다. 이름에 '원(原)'이 들어가고, 단세포인 경우가 많고, 현미경으로 봐야 하니 비슷한 범주로 느껴지는 거죠.

전혀 다릅니다. 원생생물은 완전한 진핵세포입니다. 차이를 짚어 보면 이렇습니다.

항목	원핵생물(세균·고세균)	원생생물
핵막으로 싸인 핵	없다	있다
미토콘드리아	없다	있다(일부 계통은 축소·변형된 형태)
소포체·골지체 등 내막계	없다	있다
세포골격	진핵의 것과 다른 체계	미세소관·미세섬유 체계 — 위족·섬모·편모의 기반
세포 크기	대체로 더 작다	대체로 더 크다
유성생식(감수분열)	없다	하는 종이 많다
리보솜	원핵형	진핵형

특히 마지막 두 줄이 실질적인 의미가 큽니다. 유성생식을 하는 종이 있다는 건 원핵생물의 대사 다양성과는 다른 방식의 다양성을 만든다는 뜻이고, 리보솜이 진핵형이라는 건 세균을 겨냥한 항생제가 원생생물에는 통하지 않는다는 뜻입니다. 말라리아 치료약이 항생제와 전혀 다른 계열인 이유가 여기 있어요. 이건 말라리아와 적조 편에서 다시 다룹니다.

원생생물은 하나의 무리가 아니다 — 남은 것들을 모아 부르는 이름이다 — 송쌤생명과학 자체 제작

단세포가 많지만, 단세포가 정의는 아닙니다

원생생물 대부분은 단세포입니다. 그런데 "원생생물 = 단세포 진핵생물"로 쓰면 틀립니다. 교과서 정의에 단세포라는 조건이 들어 있지 않거든요. 실제 반례가 아주 눈에 잘 띄는 것들입니다.

• 다시마를 비롯한 갈조류는 다세포이고, 큰 종은 길이가 수십 미터에 이릅니다. 물에 뜨는 기구, 줄기처럼 생긴 부분, 바위에 붙는 부착기까지 역할이 나뉜 구조를 가집니다.
• 홍조류와 일부 녹조류도 다세포 종이 많습니다. 김과 우뭇가사리가 홍조류예요.
• 군체를 이루는 것들도 있습니다. 세포들이 모여 공 모양 군체로 사는 녹조류가 대표적인데, 개체인지 집단인지 경계가 모호한 사례로 자주 인용됩니다.

다만 하나 분명히 할 것. 다세포 원생생물의 '다세포'는 동물·식물의 그것과 수준이 다릅니다. 신경이나 혈관 같은 기관계는 없고, 역할 분담의 정도도 훨씬 단순해요. 다세포라는 사실 자체가 동물·식물과 같은 복잡성을 뜻하지는 않습니다.

반대 방향에서도 흥미로운 점이 있습니다. 단세포인데도 놀랄 만큼 복잡한 종이 있어요. 짚신벌레 같은 섬모충류는 세포 하나 안에 먹이를 받아들이는 입에 해당하는 부위, 소화를 담당하는 소낭, 물을 퍼내는 수축포, 그리고 역할이 다른 두 종류의 핵까지 갖추고 있습니다. "단세포니까 단순하다"는 짐작이 여기서 완전히 깨집니다.

어떻게 먹고 어디에 사나 — 미리보기

원생생물의 다양성이 가장 잘 드러나는 지점이 영양 방식입니다. 세 방식이 다 있고, 섞어 쓰는 종도 있습니다.

• 광합성으로 스스로 유기물을 만드는 쪽 — 흔히 조류라고 부르는 무리입니다. 규조류, 와편모조류, 녹조류, 홍조류, 갈조류.
• 다른 생물을 삼켜 먹는 쪽 — 전통적으로 원생동물이라 불렀습니다. 아메바, 짚신벌레.
• 흡수로 유기물을 얻는 쪽 — 분해자나 기생자로 사는 무리입니다.
• 그리고 혼합영양 — 광합성과 섭식을 함께 하는 종이 있습니다. 유글레나가 교과서적인 예입니다.

여기서 '조류'와 '원생동물'이라는 말에도 똑같은 함정이 있습니다. 이 둘도 계통 단위가 아닙니다. 영양 방식으로 묶은 이름일 뿐이에요. 규조류와 녹조류는 둘 다 조류지만 서로 다른 상위 그룹에 속합니다. 자세한 정리는 먹는 법과 움직이는 법 편에서 하겠습니다.

서식지는 공통점을 하나 찾을 수 있는 드문 항목입니다. 거의 전부 물이 있는 곳에 삽니다. 바다, 담수, 축축한 토양, 그리고 다른 생물의 체액 속까지요. 세포막 바깥이 곧바로 환경이니 마를 수 없다는 제약이 걸려 있는 겁니다. 뒤에 배울 식물의 육상 진출이 왜 그렇게 큰 사건인지가 이 제약과 맞물려 있습니다.

여기서 제일 많이 틀립니다

• "원생생물계"를 지금도 유효한 분류 단위로 쓴다 — 오늘의 1번입니다. 단일 계통이 아니라 측계통군이어서 해체됐고, 지금은 여러 상위 그룹으로 흩어져 있습니다.
• 원생생물을 '단세포 진핵생물'로 정의한다 — 다시마·김 같은 다세포 종이 있습니다. 정의는 "동물·식물·균류가 아닌 진핵생물"이고, 단세포는 다수라는 경향일 뿐입니다.
• 원핵생물과 비슷한 범주로 생각한다 — 핵·미토콘드리아·내막계를 다 갖춘 완전한 진핵세포입니다. 이름의 '원'자에 끌려가지 마세요.
• 원생생물을 진핵생물의 '원시적 단계'로 서술한다 — 지금 살아 있는 원생생물은 동물·식물의 조상이 아니라 현생 생물입니다. 각자 자기 계통에서 지금까지 진화해 왔습니다.
• '조류'와 '원생동물'을 계통 단위로 쓴다 — 영양 방식으로 묶은 편의적 용어입니다. 조류 안에서도 서로 다른 상위 그룹이 섞여 있습니다.
• 다세포라는 말을 동물·식물 수준의 조직화로 읽는다 — 다시마는 다세포지만 기관계가 없습니다. '세포가 여럿'과 '조직·기관이 있다'는 다른 이야기입니다.

정리하면

원생생물은 진핵생물 중 동물·식물·균류가 아닌 것들을 묶어 부르는 이름입니다. 긍정형 정의가 없는, 부정형으로만 정의되는 묶음이에요.

옛 5계 분류의 '원생생물계'는 측계통군이라는 이유로 해체됐습니다. 홍조류·녹조류는 육상식물과 한 묶음이 되고, 아메바 계열은 동물·균류와 가까운 쪽으로, 규조류·갈조류·섬모충류·말라리아 원충 등은 또 다른 큰 가지로 들어갔습니다.

그래도 이 용어는 실용적으로 남아 있습니다. 그리고 공부 대상으로서 가치가 큽니다. 세포 하나가 먹고 움직이고 삼투를 조절하는 모습을 통째로 보여 주니까요.

대부분 단세포지만 다시마·김 같은 다세포도 있고, 영양 방식은 광합성·섭식·흡수에 혼합영양까지 전부 나타납니다. 공통점이라 할 만한 건 "물이 있는 곳에 산다" 정도예요.

자, 그런데 위 표에서 아르케플라스티다를 설명할 때 제가 "1차 내부공생으로 엽록체를 얻은 계열"이라고 적었습니다. 1차가 있다는 건 2차도 있다는 뜻이죠. 다음 글에서 그 이야기를 합니다. 엽록체가 두 번 — 어떤 계통에서는 세 번 — 주인을 바꿔 탄 흔적이 지금도 막의 겹 수에 남아 있습니다. 그 겹 수를 세는 법부터 배우겠습니다.