거미줄로 생태계를 읽다: 환경 DNA 모니터링의 새 시대
과학자들이 거미줄에 붙잡힌 환경 DNA(eDNA)를 분석해 생물 다양성을 저렴하고 효율적으로 모니터링하는 새로운 방법을 개발하고 있습니다. 호주 커틴대 연구진은 거미줄이 식물·동물·곤충 등 척추동물 DNA를 감지하는 데 가장 탁월한 도구임을 확인했으며, 뉴질랜드 연구진은 거미줄을 파괴하지 않도록 인공 거미줄로 유사한 DNA 포획 효과를 검증 중입니다.
주변 세계의 생물을 세는 일은 수많은 보전 활동에 필수적이다. 이는 과학자들이 생물 다양성을 측정하고, 이동 경로를 추적하며, 침입 종을 발견하는 데 도움을 준다. 하지만 이러한 생물 조사는 종종 인간이 보거나 포획하거나 기타 방식으로 감지한 것을 집계해야 하며, 이는 노동 집약적이고 비용이 많이 들 수 있으면서도 여전히 공백을 남길 수 있는 과정이다. 그러나 지난 10년간의 발전은 생태 감시(eco-surveillance)를 혁신적으로 바꾸어 놓았다. 생물학자들은 시퀀싱 기술을 활용해 환경 DNA, 즉 eDNA—생물이 흘려놓는 유전 물질—를 분석하고 있다. 배설물, 토양, 물, 공기에서 채취한 샘플은 과학자들이 멸종 위기 종을 모니터링하고, 침입 종을 사람들이 눈으로 확인하기도 전에 탐지하는 데 사용할 수 있는 새로운 길을 열어주었다.
최근에는 eDNA의 금광을 발견했는데, 바로 거미줄이다. 자연적으로 끈적끈적한 이 물질은 거미 자신의 물질, 먹이 찌꺼기, 그리고 결정적으로 주변 식물과 동물의 침이나 꽃가루 같은 생물학적 잔해를 붙잡는다. 모든 생물은 공기를 포함해 사방에 대량의 DNA를 흘리는 것으로 보이며, 거미줄은 이를 쉽게 포획한다. "지금까지 사용하고 시험해 본 기질 중 아마도 최고 중 하나"라고 호주 퍼스에 있는 커틴 대학의 분자 생태학자 조슈아 뉴턴(Joshua Newton)은 말한다. 그는 척추동물 개체군을 연구하기 위해 꽃, 하천, 죽은 나무의 구멍, 심지어 주행 중인 자동차의 필터에서 샘플을 채취해 왔다.
뉴턴은 최근 퍼스 외곽의 동물원과 야생 보호구역 인근에서 거미줄의 생물 다양성을 다른 출천—식물체 면봉 채취, 물, 토양, 필터를 장착한 선풍기—와 비교했다. 각각 뚜렷한 강점이 있었다. 식물체 면봉 채취는 더 많은 숲 포유류를, 물 샘플은 더 많은 어류를 확인해 주었다. 하지만 어떤 수동적 도구도 거미줄의 척추동물 식별 능력을 따라오지 못했으며, 이는 프랑스에서 진행된 유사한 연구 결과와도 일치한다.
여기서 문제가 되는 부분이 있다. 의미 있는 데이터를 수집하려면 약 40개의 거미줄을 파괴해야 했다. "생물의 집을 수집하는 것은 우리가 하려는 모든 것에 어긋나는 일"이라고 뉴턴은 말한다. 다행히 그의 연구는 뉴질랜드 와이카토 대학의 유전체학자 안젤라 맥고런(Angela McGaughran)의 관심을 끌었다. 그녀는 할로윈 상점에서 인공 거미줄 한 봉지를 사서 옷걸이 몇 개에 감아 실외에 걸어두었다. 이 합성 소재는 주변 소와 양, 그리고 근처 조류 사육장의 이색적인 새들로부터 eDNA를 포획했다. 또한 진균 포자를 실제 거미줄보다 더 잘 감지했는데, 이는 농업 위협을 감시하는 식물 병리학자들에게는 반가운 소식이다. 그녀의 연구팀은 현재 인공 거미줄이 거미줄의 DNA 포획 초능력을 어디서든 저렴하고 극도로 효율적으로 재현할 수 있는지 확인하기 위한 더 큰 규모의 실험을 진행하고 있다.
스티븐 오니스(Stephen Ornes)는 내슈빌 기반 과학 저술가다.
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