이처럼 다양한 곰팡이

작은 것들이 만든 거대한 세계 - 균이 만드는 지구 생태계의 경이로움
멀린 셸드레이크 지음, 김은영 옮김, 홍승범 감수 / 아날로그(글담) / 2021년 4월

 우리 주변엔 곰팡이가 가득하다. 식품을 조금 방치해도 생겨나며 환풍이 잘 안되고, 습기가 찬다 싶어도 벽에서 피어난다. 눈에는 보이지 않지만 곰팡이가 항상 여기저기 있다는 증거다. 또한 우리가 즐겨 먹는 버섯도 곰팡이다. 버섯은 인류 역사에서 오랜 기간 식용과 환각작용으로 인해 여러 용도로 사용되었는데, 게임 수퍼 마리오의 마리오가 하필 버섯을 먹으면 변신하는 것과 이 같은 인류 전통과 무관치 않다는 생각이다. 

 곰팡이가 이렇게 인류 및 거의 모든 생물들과 늘 같이 함에도 불구하고 우리는 이것에 대해서 잘 모른다. 버섯이 곰팡이라는 것도 모르는 경우가 많고, 식물과 잘 구분하지 못하는 경우도 많다. 이처럼 곰팡이에 대해 무지한 이유는 학교교육과정에서 곰팡이에 대해 이렇다할 교육을 하지 않기 때문이다. 이는 학계도 마찬가지인데 책을 읽어보니 곰팡이에 대한 연구는 아직 다른 생물 분야에 비해 매우 미진하다.

1. 트러플

 트러플 버섯은 최근에 국내에도 알려지고 그 향을 첨가한 과자도 나오는 등 인기를 끌고 있다. 트러플은 매우 비싼데 이유가 있다. 재배에 성공한 적이 없기 때문이다. 자연산 채취만 가능하기에 가격은 매우 비쌀 수 밖에 없다. 여기에 트러플은 신진대사가 멈추면 더 이상 향이 나오지 않기에 신선도도 매우 중요하다. 여러모로 싸지기 어려운 이유를 갖추고 있다. 

 트러플이 냄새를 내는 이유는 간단하다. 트러플은 땅속에 있는데 강력한 향으로 동물을 유혹하여 파내서 먹게 한 후, 동물이 이동하여 배설하면 포자가 퍼져서 번식할 수 있기 때문이다. 

 트러플의 자실체 안에는 박티리아와 효모의 공동체가 서식한다. 건조 트러플 1g 안에는 100만에서 10억개의 박테리아가 존재한다. 이 미생물군체 상당수는 트러플 향을 구성하는 독특한 휘발성 물질을 생산한다. 

 곰팡이의 균사가 균사체 네트워크로 성장하는데는 두 가지 핵심 변화가 필요하다. 가지치기와 융합이다. 곰팡이는 다른 곰팡이와 융합하는데 어떤 곰팡이는 인간의 성별에 해당하는 교배형이 무려 수천개나된다. 치마버섯은 2만 3천개 이상의 교배형이 있다. 대다수 버섯의 균사체는 유전적으로 충분히 유사하다면 성적화합성이 안맞아도 융합한다. 

 블랙트러플이 열매를 맺기 위해서는 한쪽의 균사 네트워크에서 나온 균사가 성적화합성이 맞는 다른 균사네트워크에 결합해 유전 물질의 풀을 만들어야 한다. 트러플은 곰팡이 기준으로 - or + 교배형중 하나를 가진다. 둘이 서로를 유인해 융합시 접합이 시작된다. 둘 중 부계 역할을 하는 것은 유전물질만, 모계역할을 하는 쪽은 유전물질과 성장을 위한 물질 둘 다 제공한다. 역할은 고정이 아니가 그때그때 달라진다. 

 어린 트러플 균사는 파트너 나무를 찾지 못하면 금방 죽는다. 식물도 건강히 자라기 위해서 균사가 반드시 필요하다. 그래서 곰팡이와 식물은 서로를 유인하는 물질을 분비한다. 식물은 흙속에 풍부한 휘발성 화합물을 발산하여 곰팡이가 포자를 퍼뜨리고 균사의 가지를 더 빨리 더 왕성하게 자라게 한다. 그리고 곰팡이는 뿌리를 조종하는 식물성장 호르몬을 분비해 식물이 솜털 같은 잔뿌리를 많이 뻗게 만든다. 양자의 결합은 서로의 유전자도 활성하시켜 신진대사와 성장프로그램이 재프로그램된다. 곰팡이는 나무뿌리와의 원활한 결합을 위해 면역 반응 정지 화합물을 분비하기도 한다. 

 트러플의 재배가 어려운 이유는 고려해야할 조건이 너무나도 많기 때문이다. 곰팡이와 그 생식체계, 공생식물, 박테리아의 기벽과 요구, 토양, 계절, 기후 등의 총체적 이해가 요구되어야 트러플 재배가 가능하다. 그렇기에 트러플 재배는 우연히 성공해도 재현되는 경우가 극히 적다. 

2. 곰팡이의 특징

 곰팡이는 대개 식물성 물질을 우선적으로 분해하지만 먹을 것이 부족하면 동물을 사냥하기도 한다. 지렁이를 사냥하는 곰팡이만 100종 이상이다. 어떤 곰팡이는 선충이 접근하면 움직이지 못하게 끈끈한 그물이나 가지치기를 한다. 그렇게 어떤 것들은 선충이 닿음녀 순식간에 10배나 부풀어 균사 올가미를 만든다. 이렇게 선충이 갇히면 소량의 독성을 분비해서 이것이 선충안에 머물고 선충을 충분히 소화할 시간을 갖는다.

 균사는 놀랍게도 미로 찾기가 가능하다. 이는 매우 간단한 방식으로 해결된다. 미로가 있고 정답으로 가는 길에 먹이가 있다면 균사는 미로 찾기를 해내는데 일반적 환경에서 균사는 고르게 모든 방향으로 퍼져나간다. 그러다 먹이가 발견되면 그쪽으로 균사들이 집중해서 퍼져나가고, 나머지 먹이가 없는 쪽들은 연결이 점차 약해진다. 이런 식으로 뻗어나가 답이 있는 쪽으로 굵게 퍼져나가게 된다. 이렇듯 곰팡이는 특정한 형태를 갖고 있다기 보다는 매순간 자신을 최적화한다.

 곰팡이는 동식물과는 다르게 자신이 위치한 세상을 소화시켜 흡수한다. 균사는 길이가 길고 잘 갈라지며 고작 세포 하나의 두께를 갖기도 한다. 균사 한올의 직경은 2-20나노미터에 불과하다. 동물은 먹이는 자기 몸안에 넣지만 균사는 자신이 먹이의 몸안으로 들어간다. 곰팡이 종은 크기도 매우 다양하다. 어떤 곰팡이는 먹이보다 커질수 없어 매우 작지만, 어떤 곰팡이는 크기가 수 km에 달한다. 지구상에서 가장 큰 생물은 미국 오레건 주의 한 버섯으로 여겨지는데 육상으로 자라난 버섯의 크기도 어마어마하지만 그 버섯 아래의 균사가 땅속으로 퍼진 것의 크기를 합하면 지상최대가 된다. 

 질병을 일으키는 곰팡이는 식물을 감염시키기 위해 50-80기압을 내는 특수한 균사를 뻗어내 단단하고 질긴 플라스틱 마져 뚫어낸다. 이 특수 균사가 만약 사람 손바닥 넓이를 갖춘다면 무려 8톤의 무게 지지가 가능하다. 그리고 어떤 곰팡이 균사는 성장속도가 너무 빨라 육안으로 자라는게 보일 지경이다. 균사 정단은 앞으로 전진할때마다 몸을 고정하기 위해 새로운 물질을 내보내서 자신을 고정해야 한다. 

 균사가 버섯을 만드는 것은 높이 올라가는 것이 포자를 멀리 퍼뜨리는데 유리하기 때문이다. 그리고 트퍼플처럼 동물의 먹이가 되어 이동하는 것도 번식에 유리하다. 버섯은 균사조직이 펠트처럼 엃혀서 만들어진 것이다. 버섯을 만들려면 균사들이 함께 뭉치고 무엇보다 다량의 수분으로 급속히 팽창해야 한다. 그래서 비가 오고나면 자연환경에서 버섯이 유독 잘 자라나는 것이다. 버섯은 성장을 위해 폭발적인 힘을 내는데 말뚝 버섯은 아스팔트 도로를 뚫고 올라올 지경이며 그 때의 힘은 무려 130kg이상이다. 

 많은 종의 곰팡이가 버섯말고도 속 빈 케이블 같은 뿌리형균사다발을 형성한다. 이 케이블은 수밀리미터 등 두께가 다양하다. 이 튜브로 균사이동부다 수천배 빠른 시속 1.5m정도의 빠른 수송이 가능하다. 그래서 균사체 네트워크가 영양분과 수분을 먼거리 이동시킬 수 있다.  

 대부분의 곰팡이는 빛, 온도, 습도, 독성물질, 전기장등을 감지하고 반응한다. 심지어 평면의 질감도 감지한다. 

3. 지의류

 지의류는 식물과 곰팡이 그리고 수 많은 박테리아의 공생체라 할 수 있다. 지의류는 적응력이 매우 강하다. 식물이나 곰팡이, 박테리아 하나만으로 이뤄졌다면 일어날 수 없는 일이나 서로의 도움으로 지의류는 여러 극한 환경에서도 자라난다. 지의류는 지구 표면의 무려 8%를 덮고 있다. 이는 열대우림보다 큰 면적이며 바위, 나무, 지붕, 울타리, 절벽, 심지어 사막에서도 지의류는 자라난다.

 지의류는 바위에서도 자라나는데 우선 이중의 과정으로 바위에서 영양을 흡수한다. 우선 스스로의 생장력으로 바위에 균열을 낸다. 그러면 강력한 산성물질을 분비하여 바위를 녹이고 미네랄을 뽑아낸다. 이렇게 지의류는 죽어서 분해되면 미네랄을 포함한 첫 토양을 만든다. 토양에 미네랄이 스며드는 것은 어치럼 지의류가 기댄바가 크다. 

 지의류는 방사능에도 매우 강하다. 인간 치사량의 12000배도 견딘다. 그리고 지의류의 조직은 탈수, 동결, 해동, 가열에도 큰 손상이 없다. 지의류는 사막 모래 표면을 안정시키고 모래폭풍을 줄이며 사막화를 막는다. 일부 지의류는 9천살 이상까지도 장수하며, 마리아나 해구의 압력보다 100-500배인 10-50기가 파스칼의 압력도 견뎌낸다. 

 곰팡이와 조류는 아주 작은 자극으로도 결합한다. 해안에 있는 바위 대부분이 지의류를 띠처럼 두른다. 지의류의 기본 파트너는 각 지의류마다 다르다. 어떤 지의류는 박테리아를 많이 품고 있고 어떤 것은 적게 품는다. 지의류 내부에서 어떤 박테리아는 방어를 담당하고, 어떤 것들은 필요한 비타민과 호르몬을 공급하기도 한다.

4. 동물과 곰팡이

 영화 라스트 오브 어스는 인간의 몸에 곰팡이가 침투해 인간을 자신의 번식 수단으로 삼고 조종하는 영화다. 이 영화는 개미를 조종하는 곰팡이에서 착안한 것이다. 좀비 곰팡이는 숙주의 행동을 자신에게 이득이 되게 조종한다. 그래서 곤충의 몸을 가로채서 자신의 포자를 퍼뜨리고 한 살이의 주기를 완성한다.

 오피오코르디셉스 곰팡이는 개미를 감염시킨다. 감염 개미는 높이에 대한 공포를 잊고 가까운 식물로 올라가서 턱으로 식물의 잎맥 부분을 강하게 물게 된다. 그 뒤 곰파이는 개미의 몸을 먹어치우면서 머리를 관통해 줄기를 내고 몸을 지나 아래로 포자를 퍼뜨린다. 감염 개미를 연구한 결과 개미의 몸의 40% 정과 곰팡이로 차있었다. 다리, 체강, 근육 섬유와 얽혀있어 개미 내부의 균사체 네트워크가 개미를 마음대로 조종할수 있었던 것으로 보인다. 다만 예상과 다르게 개미의 뇌에는 균사가 퍼지지 않았다. 복잡한 뇌를 장악하기 보다는 더 쉬운 부분을 장악하여 개미의 의사와 다르게 몸을 조종한 것을 보인다. 대신 화학물질을 조종해 뇌가 저항하지 못하도록 통제한다.

 곰팡이는 향정신성 성분을 갖고 있는 것들도 많다. 대표적인 것이 자실체의 갓 부분에 빨강바탕에 흰점이 있는 광대버섯이다. 시베리아에서 일부 사먼이 먹기도 하는데 이 버섯의 맥각균은 환각, 발작, 참을 수 없는 열감 등 다양한 효과를 보인다. 

 어떤 곰팡이는 곤충의 방어를 무력화하는 면역억제제를 쓰는데 인간은 이를 장기 이식을 위한 면역억제제로 사용한다. 시클로스프린이 그러하다. 그리고 마리오신은 다발성경화증 치료제인 핑코리모드로 사용된다. 

5. 식물과 곰팡이

 해초는 곰팡이에서 영양분을 섭취하고, 스스로 건조해지지 않게 곰팡이에 의존한다. 최초의 육상 식물은 아마 이런 해초가 육상에 진출하며 시작되었을 것이다. 아마 떠다니는 해초처럼 뿌리가 없고 초록색 조직 덩어리가 시간이 흐르며 응축되며 지금처럼 다양한 기관이 형성되었을 것으로 보인다. 

 그래서 지구상의 식물의 90%가 곰팡이와 공생한다. 식물의 뿌리는 균근과 결합한다. 균근은 뿌리보다 50배는 가늘고 100배 이상 길어진다. 이 균근은 양이 엄청나서 토양 총 생체량의 1/3에서 1/2를 차지할 정도다. 지표10cm가지의 균사의 총 길이를 모두 펼치며 우리 은하폭의 절반에 달하는 놀라운 양이 된다.

 식물이 성장하는데 가장 큰 제약은 인의 부족이다. 그런데 이 인을 곰팡이가 매우 잘 캐낸다. 대기중 이산화탄소, 산소의 양, 그리고 이에 강하게 영향을 받는 지구의 기온은 놀랍게도 곰팡이에 달려있다 해도 과언이 아니다. 곰팡이가 식물의 생장에 강한 영향을 미치기 때문이다.

 균근 곰팡이는 식물이 흡수하는 질소의 80%, 인의 거의 100%를 책임진다. 그리고 아연, 구리 같은 미네랄도 공급하며 물을 끌어다 주어 가뭄에도 견디게 해준다. 그 보상으로 식물은 균근에게 약 30%의 탄소를 공급한다. 식물의 곰팡이 파트너는 식물의 생장과 목질, 엽육, 과육에도 영향을 미친다 .그래서 어떤 식물은 파트너 곰팡이에 따라 과육이 더 달기도 학, 더 풍부해지며 향도 강해진다. 

 그래서 유기농 농업이 중요해진다. 화학비료를 사용한 농업은 땅속 균사를 크게 줄인다. 기본적으로 식물에게 공짜로 영양분을 풍부하게 얻게 해 식물과 균근간의 공생관계를 해치기 때문이다. 2018발표된 대규모 연구는 유럽 전체에서 나무의 건강이 심각하게 악화된 것은 화학비료 농업으로 인한 광범위한 질소오염으로 인해 나무와 균근 관계가 악화된 것이 원인임을 밝혀냈다. 그리고 균근 곰팡이는 토양의 보호에도 중요하다. 균사는 토양이 흡사후난 물의 양을 크게 늘이며 균사네트워크로 흙을 강하게 붙잡아 빗물에 쓸려나가는 토양의 양도 무려 50%나 감소시킨다. 

 그리고 균근은 지구 온난화에도 도움이 된다. 토양이 품고 있는 상당량의 탄소는 균근 곰팡이가 생성하는 단단한 유기화합물이 갇히기 때문이다. 

 식물은 당연히 광합성을 하지만 광합성 능력을 상실한 것들도 있다. 이들을 균타체라 한다. 식물은 대부분 균근과 공생하며 서로 영양을 주고 받는데, 균타체는 어느 순간 균근에만 의존하는 방향으로 진화한 듯 하다. 수정판 풀은 균타체의 일조이다. 식물종의 무려 10%가 균타체다. 이들은 평생 균근에 의존한는 것들도 있지만 2만 5천 종의 난초들처럼 어릴 적만 균근에 의존하다 어느 정도 자라면 본격적을 광합성을 하며 그간의 빚을 갚아나가는 것들도 있다. 광합성을 하지 않는 균타체들은 초록색을 띨 이유가 없어 흰색, 빨간색, 노란색등 총천연색이면서 식물의 형체를 갖고 있어 마치 지구상의 생물이 아닌 것처럼 보인다. 

 균근은 더 협조적인 식물에 더 많이 보상을 하기도 하며, 자신의 조직안에 무기질을 저장하거나 교환비율을 최적화하기 위해 양분을 적극적으로 이동시킨다. 양분이나 물이 부족한 나무는 풍족한 나무보다 아무래도 사정이 급해 균근에게 양분과 물에 대한 대가로 더 많은 탄소를 내놓는 경향이 있는데 그걸 위해 이동시키는 것이다. 

 곰팡이 네트워크는 우드와이드웹이라 불리기도 한다. 식물 사이사이를 물리적으로 연결하기 때문이다. 곰팡이 네트워크는 박테리아가 흙속의 장애물을 우회하게 해주기도 한다 .일부 경우에는 포식성 박테리아가 균사 네트워크로 사냥을 하기도 한다. 어떤 박테리아는 균사 안에서 살아가며 곰팡이의 성장을 강화하거나 대사작용을 촉진한다. 그리고 어떤 것들은 곰팡이와 식물 파트너 관계에도 영향을 미친다. 

 균사 네트워크로 식물은 정보도 교환한다. 식물들은 공기중으로 화합물을 분비해 서로 정보를 주고 받기도 하지만 이 균사네트워크도 정보 전달 통로다. 

6. 균사와 산업

 여러 산업의 비효율은 버섯 재배업자에게 축복이다. 특히 농업은 폐기물이 많다. 먹는 부분은 뺀 나머지가 쓰레기이기 때문이다. 야자수, 코코넛 재배는 생산 생물자원의 95%가 폐기물이다. 설탕농장은 83%가 폐기물이다. 이 모든 것들은 곰팡이의 먹이가 되어 버섯 재배에 이용될 수 있다. 

 그리고 놀랍게도 진정한 오염물질들도 곰팡이의 먹이가 될 수 있다. 플라스틱 커버를 제거한 기저귀에서도 곰팡이는 자라서 버섯을 피워내며 심지어 담배꽁초에서도 그러한 일을 할 수 있다. 이런 오염물질에서 자라난 버섯도 식용으로 쓰기에 아무런 문제가 없다. 일거 양득인 셈이다. 

 곰팡이는 독성이 가득한 담배꽁초,제초제 글리포세이트 외에도 여러 종류의 오염물질에도 식욕을 느낀다. 토양이나 수로 속의 살충제, 합성염료, 폭발물질, 원유, 플라스틱, 그리고 항생제에서 합성호르몬까지 모두 곰팡이의 먹이가 될 수 있다. 즉, 오염물질 제거원으로써의 가능성이 있는 것이다.

 그리고 곰팡이는 직조 제품으로 사용될 수 있다. 곰팡이는 균사가 직조물질처럼 자라날 수 있는데 폐기물로 7일 만에 100제곱피트에 달하는 균사 가죽 한장이 생산 가능하다. 이 균사펠트는 방수에 방염효과, 구부리는 힘에 대해 콘크리트보다 강하고 압축력도 대단하다. 그리고 단열기능도 우수하다. 이 균사가죽은 운동화 안창에서부터 부두의 부표에 이르기까지 다양한 곳에 사용할 수 있다. 그리고 사용후 썩어서 없어지기에 친환경적이다.