지구상에서 가장 건조한 지역 중 일부에서는 눈에 띄지 않는 표면의 어두운 껍질이 실제로는 매우 정교한 미세 생태계입니다. 이끼, 곰팡이, 박테리아, 조류 및 미세한 동물로 구성된 이 토양은 "생물학적 토양 껍질"이라고 불리며 영양분을 고정하고 토양을 안정화하며 바람에 의한 침식을 방지하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

Moss는 이 커뮤니티에서 가장 "나르는" 회원 중 하나입니다. 그것들은 완전히 말라서 죽은 것처럼 보일 수 있지만, 짧은 비가 오면 빠르게 부활할 수 있습니다. 일부 종은 맨바위에 붙어 고온과 장기적인 물 부족 속에서도 살아남을 수 있습니다. 이러한 끈질긴 특성으로 인해 과학자들은 이끼가 미래의 극한 외계 환경에서 인간이 생명 유지 시스템을 유지하는 데 도움이 될 수 있다고 상상하게 되었습니다.

리버사이드에 있는 캘리포니아 대학교 연구팀은 최근 사막 이끼의 탁월한 생존 가능성이 이끼 조직 내부에 살고 있는 "숨겨진 조력자" 때문일 수 있다고 제안했습니다. 식물학 저널인 New Phytologist에 발표된 증거는 이전에 이끼에 공식적으로 기록된 적이 없는 공생 관계를 지적합니다.

만약 이 발견이 최종적으로 추가로 확인된다면, 이는 이끼 생물학에 대한 오랜 기본 가설을 뒤집을 뿐만 아니라 과학자들에게 약 4억 7천만 년 전 식물이 처음 대규모로 육지에 상륙했던 지구 역사의 전환점을 재검토할 수 있는 새로운 관찰의 창을 제공할 수도 있습니다.

기존 연구에 따르면 육상 식물의 80% 이상이 단독으로 활동하지 않고 균류와 암묵적인 협력 관계를 형성하고 있는 것으로 나타났습니다. 균류는 식물이 토양에서 미네랄 영양분을 얻도록 돕고, 식물은 광합성을 통해 생성된 당을 균류에 돌려줍니다. 가장 중요한 것 중 하나는 영양분 교환 인터페이스 역할을 하는 식물 뿌리에 작은 가지와 같은 구조를 형성하는 "수상체 균근 곰팡이"(AMF) 곰팡이 그룹입니다.

그러나 이끼는 오랫동안 이 패턴의 "예외"로 여겨져 왔습니다. 속씨식물, 목본 식물 및 대부분의 작물과 달리 이끼에는 진정한 뿌리 체계가 부족하며, 과학계는 오랫동안 알려진 약 10,000종의 이끼 중에서 유사한 균근균 파트너가 없다고 믿어 왔습니다.

"이것은 교과서의 기본 모델이었습니다." 연구 공동저자인 캘리포니아 대학교 리버사이드 캠퍼스의 미생물학 및 식물 병리학 교수인 Jason Stajic은 전통적인 이해에 따르면 이끼는 생존하기 위해 곰팡이에 의존할 필요가 없는 것 같다고 지적했습니다.

이 "선입견" 가설을 테스트하기 위해 학교의 박사 과정 학생인 Gene Kelly는 현장 샘플링을 수행하기 위해 모하비 사막과 소노라 사막으로갔습니다. 이 지역의 주간 기온은 종종 섭씨 38도를 초과하므로 가혹한 자연 실험 장소이자 극한 환경에서 생존 전략을 관찰하기에 이상적인 장소입니다.

Kelly는 연구를 위해 생물학적 토양 껍질에서 이끼를 특별히 선택했습니다. 이런 종류의 지각은 종종 "사막의 살아있는 지각"으로 묘사됩니다. 건조한 생태계의 운영을 지원할 뿐만 아니라 극도로 취약합니다. 종종 단일 발자국이나 타이어 찌그러짐으로 인해 수십 년 동안 회복되지 않을 수 있습니다.

수집 과정에서 Kelly는 또한 다양한 기후 조건에서 이끼 군집을 비교하려고 시도했습니다. “때때로 시간이 오래 걸리고 다른 환경에서 같은 종의 이끼를 찾는 것이 어려웠습니다.” 그는 건조하고 상대적으로 습한 지역 사이에서 비교 가능한 샘플을 만들기 위해 극한의 고온 조건에서 반복적으로 검색한 것을 회상했습니다.

연구팀의 핵심 질문은 다음과 같습니다. 서로 다른 기후대에서 온 이끼 내의 곰팡이 군집에 체계적인 차이가 있습니까? 이는 확장되는 지구 건조 지역을 이해하는 데 특히 중요합니다. 특정 곰팡이가 이끼가 더위와 가뭄을 견디는 데 도움이 된다면 사막 생태계가 기후 변화에 반응하는 방식에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.

실험실에서 연구자들은 수집된 이끼 샘플을 분쇄 및 처리하고 곰팡이 DNA 테스트를 수행합니다. 결과는 이끼 조직 내에 곰팡이가 실제로 존재한다는 것을 보여줬고, 더욱 놀랍게도 여기에는 일반적으로 생존을 위해 식물에 부착해야 한다고 생각되는 일종의 균근 곰팡이가 포함되어 있었습니다.

추가 비교를 통해 이끼의 곰팡이 군집은 주변 토양의 곰팡이 군집과 동일하지 않으며 건조한 사막 이끼의 곰팡이 집합도 온화한 환경의 이끼의 곰팡이 구성과 크게 다르다는 것을 발견했습니다. Kelly는 "어떤 곰팡이는 뜨겁고 건조한 환경에서 이끼의 생존에 더 도움이 될 수 있다"고 추측합니다.

이 패턴은 "오염 가설"의 가능성을 크게 줄입니다. 만약 곰팡이가 단순히 이끼 표면에 달라붙어 있는 토양 잔재라면, 이끼 내부에서 발견된 DNA 계통은 배경 토양의 DNA 계통과 더 가까워야 합니다. 그러나 실제 결과는 이끼가 특정 곰팡이 파트너를 "선택"하는 것과 비슷하여 두 당사자 간의 선택적 연관성을 암시합니다.

DNA 증거만으로는 곰팡이가 실제로 식물 조직 내부에 서식하고 생리적 활동에 참여한다는 것을 증명하기에는 아직 충분하지 않습니다. 직접적인 구조적 증거를 찾기 위해 Kelly는 이끼 조직을 곰팡이에 특이적으로 결합하는 파란색 염료로 처리하고 현미경으로 관찰했습니다.

이끼 세포 내부에서 그는 가지가 갈라지고 갈라지는 곰팡이 구조를 보았습니다. Kelly는 "현미경으로 이러한 형태를 처음 보았을 때 매우 특이한 것을 발견했다는 것을 알았습니다."라고 말했습니다.

이러한 구조는 전형적인 균근균이 식물 뿌리에서 형성하는 "수상체(arbuscules)", 즉 영양분 교환에 사용되는 나무와 같은 구조와 형태학적으로 유사합니다. 그러나 뿌리가 있는 식물과 달리 이끼에는 실제 뿌리 체계가 없습니다. 이러한 '가지' 같은 구조가 이끼 잎에 나타나기 때문에 연구팀은 이를 일시적으로 '수상 구조'라고 부른다.

형태와 분포 위치 측면에서 이러한 구조는 다른 식물의 영양분 교환 인터페이스와 매우 유사하지만 과학자들은 실제로 이끼와 곰팡이 사이에 물질 교환이 일어나는지 여부를 추가로 증명해야 합니다. 이것이 엄격하게 확인되어야만 그 관계가 진정한 공생으로 공식적으로 정의될 수 있습니다.

이번 발견은 사막 생태학 분야를 훨씬 넘어서는 의미를 가질 수 있습니다. 이끼는 식물 진화계통의 아주 오래된 가지에 속하며 육상 식물의 가장 초기 친척 중 일부로 간주됩니다.

식물이 수생 환경에서 육지로 이동함에 따라 영양분 획득, 물 손실 방지, 수역의 물리적 지원에서 벗어나는 것과 관련된 완전히 새로운 문제를 해결해야 합니다. 점점 더 많은 화석 기록에 따르면 초기 식물과 균류의 조합이 이 역사적 과정에서 결정적인 역할을 했을 가능성이 높습니다. 많은 연구자들은 지구 대륙의 대규모 "녹색화"에 기여한 것이 이러한 파트너십이라고 믿습니다.

만약 이끼가 실제로 이전에 간과되었던 방식으로 균근 곰팡이를 수용할 수 있다면 과학계는 진화 초기에 식물-균류 관계의 기원과 다양성을 다시 생각하게 될 것이며 식물이 육지에 착륙하는 데 어떤 종류의 곰팡이가 도움이 되는지에 대한 고전적인 이야기를 다시 쓸 수도 있을 것입니다.

적용 관점에서 볼 때, 이 연구는 건조한 지역의 생태 복원 관행과도 관련이 있습니다. 현재 생물학적 토양 껍질은 기온 상승, 지속적인 가뭄, 방목 압력, 오프로드 차량 및 인간 짓밟기와 같은 다양한 위협에 직면해 있습니다. 이러한 유형의 커뮤니티의 회복은 매우 느립니다. 한번 손상되면 부분적으로 재건하는 데 수년 또는 수십 년이 걸리는 경우가 많습니다.

현재의 실험은 곰팡이가 이끼의 생존율 향상에 확실히 도움을 주고 있다는 것을 직접적으로 증명할 수는 없지만 이전에 인식하지 못했던 '숨겨진 네트워크'를 분명히 드러냅니다. 황폐화된 건조 지역에서 생태학적 복원을 구현하려는 연구자에게 이러한 잠재적인 이끼-균류 협력 메커니즘은 향후 보다 정교한 복원 전략을 설계하기 위한 새로운 아이디어를 제공할 수 있습니다.

Kelly가 말했듯이, "사막은 사람들이 당연하게 여기지만 결코 진지하게 살펴보지 않는 생명체로 가득 차 있습니다. 때로는 가장 큰 놀라움이 우리 발 아래에서 조용히 자라납니다."