이 연구는 갈조의 유전체 분석을 통해 진화 역사를 추적하며 주요 진화적 이정표를 제시하고, 잠재적 활용 가능성을 강조한다.

연구진의 획기적인 연구가 유전체 분석을 통해 갈조의 진화 여정을 밝혀냈다. 이번 연구는 다세포화로의 전환 및 종 다양화와 같은 주요 진화적 이정표를 조명하며, 갈조 유전체에 통합된 바이러스의 흔적이 이들의 진화에 영향을 미쳤음을 밝혀냈다. 또한, 갈조의 양식업, 바이오 기술, 기후변화 대응에서의 실용적 응용 가능성을 탐구하며, 탄소 포집 및 생태계 복원에 있어 갈조의 잠재력을 강조하고 기후 변화 속에서 생태적 회복력을 강화할 수 있는 귀중한 통찰을 제공한다.

지구 표면의 70% 이상을 덮고 있는 바다는 생태적 균형을 유지하고 인간 복지에 기여하는 수많은 생명체의 터전이다. 이 중 갈조(Phaeophyceae)는 연안 서식지를 유지하고 해양 생물다양성을 지원하며, 탄소 포집을 통해 기후 변화를 완화하는 데 중요한 역할을 한다. 과학계의 지속적인 관심을 받아온 갈조지만, 그 유전체 및 진화적 역사는 아직 미지의 영역으로 남아 있었다.

윤환수 교수 연구진은 44종의 갈조에 대한 포괄적인 유전체 분석을 통해 갈조의 진화 여정을 밝혀냈다. 이번 연구는 2024년 11월 20일 온라인에 공개되었으며, 2024년 11월 27일 발간된 Cell 저널 187권 24호에 게재되었다. 연구팀은 비교 유전체학에 유용한 Phaeoexplorer 데이터베이스를 구축하고, 단세포에서 다세포로의 전환과 갈조 유전체에 통합된 바이러스 서열과 같은 주요 진화적 이정표를 탐구했다.

갈조의 진화 역사에서 두 가지 주요 이정표가 밝혀졌다. 연구의 주저자인 윤환수 교수는 “약 4억 5천만 년 전, 갈조는 단세포 생물에서 단순한 다세포 생물로 전환했습니다. 이는 박테리아로부터의 수평적 유전자 전달로 이루어졌으며, 이 과정에서 알긴산과 플로로탄닌과 같은 중요한 세포벽 구성 요소를 합성할 수 있게 되었습니다. 이러한 적응은 갈조가 집단을 이루고 세포 간 의사소통을 개선하며 포식자로부터 방어할 수 있도록 하여 진화에서 중요한 단계가 되었습니다.”라고 설명했다.

이어 약 2억 년 전, 초대륙 판게아가 분리되면서 갈조는 종 다양화 과정을 거쳤다. 윤 교수는 “이 다양화 과정에서 복잡한 생활사, 구조적 혁신, 특화된 대사 경로가 개발되었으며, 이는 다양한 갈조 종의 생태적 역할을 형성하는 데 기여했습니다. 또한, 연구 결과 분석된 69개의 유전체 중 67개에서 갈조 유전체에 널리 퍼진 파이오바이러스(Phaeovirus) 서열이 발견되었으며, 이는 갈조의 진화와 다양성에 중요한 역할을 했을 가능성이 큽니다.”라고 덧붙였다.

이번 연구는 갈조의 실용적 활용 가능성에 대한 귀중한 통찰을 제공한다. 양식업에서는 미역(Undaria pinnatifida)과 다시마(Saccharina japonica)와 같은 상업적으로 중요한 종의 선택적 육종 프로그램을 지원하여 생산성과 질병 저항성을 높일 수 있다. 바이오 기술에서는 알긴산과 같은 화합물의 생합성이 건강 보조제, 생리활성 물질, 지속 가능한 생체 재료로의 응용 가능성을 열어준다. 또한, 갈조가 탄소 포집 및 생태계 복원에 있어 기후 변화 완화에 미치는 잠재력을 강조하며 생태적, 경제적 이점을 제시한다.

기후 변화가 해양 생태계에 미치는 영향을 이해하는 데에도 이번 연구는 중요한 시사점을 제공한다. 윤 교수는 “과거의 환경 변화가 갈조의 진화에 어떤 영향을 미쳤는지 분석함으로써 미래 기후 변화가 해양 생물다양성에 미칠 영향을 더 잘 예측할 수 있습니다. 이번 연구를 통해 구축된 유전체 자원은 온도 상승이나 해수면 변화와 같은 기후 스트레스에 강한 갈조를 개발하는 데 도움이 되는 특성을 식별할 수 있도록 합니다.”라고 밝혔다. 또한, 갈조 숲을 ‘블루 카본’ 저장고로 홍보하여 탄소를 자연적으로 격리하고 기후 변화 영향을 완화하며 해양 환경의 생태적 지속 가능성을 촉진하는 해결책을 제시한다.

갈조의 유전적 구성을 해독함으로써 이 연구는 해양 생태계를 더 깊이 이해하고, 생태적·경제적 잠재력을 활용하여 보다 지속 가능한 미래를 만드는 데 필요한 통찰을 제공한다.

바다는 지구의 회복력을 좌우하는 열쇠를 품고 있으며, 이번 연구는 자연의 지혜에 뿌리를 둔 지속 가능한 미래로 나아가는 로드맵을 제시하고 있다.

※ 논문제목: Evolutionary genomics of the emergence of brown algae as key components of coastal ecosystems

※ 저널: Cell

▲ 갈조류 종 분기시간 분석 결과