쇠똥구리의 장(腸)에서 발견된 DNA는, 언젠가 한 지역의 생물다양성(biodiversity)을 추론하는 도구로 사용될 수 있을 것으로 보인다.
 

DNA found inside the guts of dung beetles could one day be used to infer a region’s biodiversity. / ⓒ SciTechDaily

한 지역—인근의 숲이 됐든 먼 산비탈이 됐든—에 상주하는 생물들의 정체를 알고 싶어하는 생물학자들은 조만간 새로운 조수를 고용하여 그 주변의 DNA를 모조리 수집하게 될지도 모르겠다. 조수의 이름은 쇠똥구리(dung beetle)다. 한 연구에서, 이 단순한 섭식자(unfussy eater)의 장(腸) 속에는 「포유동물의 종(種)을 감별할 수 있는(species-identifying) DNA」가 들어 있어, 지역의 생물다양성(biodiversity) 목록을 작성하는 손쉬운 로테크 방법(easy low-tech way)을 제공할 수 있는 것으로 밝혀졌다.

"곤충을 이용하여 생물다양성을 샘플링한다는 것은 대단한 발상(super idea)이다"라고 스탠퍼드 대학교의 엘리자베스 해들리(환경생물학)는 논평했다. "쇠똥구리는 어디에나 있으니 말이다."

환경 DNA(eDNA: environmental DNA)를 통해 한 지역의 생물다양성을 파악하려는 시도의 역사는 불과 몇 십 년밖에 안 된다. 과학자들은 먼지, 흙, 특히 물에서 허접한 비듬·점액·체액 등을 걸러낸 다음, 그것들을 검사하여 '어떤 동물이 그 지역에 사는지'를 결정하는 신원확인용 DNA(identifiable DNA)의 흔적을 찾아낸다. 이 같은 eDNA 기술을 일명 「DNA 바코딩(DNA barcoding)」이라고 하는데, 지금껏 이 기술의 최대 수혜자는 해양과학이었다(참고 1). DNA는 여러 날 동안 물속에 존재할 수 있으므로, 과학자들은 가령 한 연못물 샘플을 여과함으로써, 그곳에 어떤 종(種)이 존재하는지를 개략적으로 추정할 수 있었다.

물은 다량의 샘플을 여과하기가 먼지나 흙보다 훨씬 더 용이하므로, 굳은 땅에서 eDNA를 찾아낸 사례는 매우 드물다. 일부 과학자들은 모기와 거머리의 장(腸)을 샅샅이 뒤져, 그들의 숙주의 DNA를 찾아낸 적이 있었다. 그러나 거머리의 서식지는 제한적이고, 모기는 특정한 상황—이를테면 주변에 인파가 붐비는 곳—에서 포획하기가 어려울 수 있다.

런던 퀸메리 대학교의 로지 드링크워터(분자생물학 박사후 연구원)는 고심 끝에, 어디에나 존재하는 「DNA가 풍부한 신체 배출물(DNA-rich body material)」 감정가를 조사해 보기로 결정했다. 그 감정가는 다름 아닌 쇠똥구리였다. 그 무척추동물은 풍뎅이과(Scarabaeidae)에 속하는 수천 가지 종(種)으로 구성되어 있으며, 다른 동물의 분변을 먹고 산다. "쇠똥구리는 남극을 제외한 모든 대륙에 서식하며, 사막에서부터 시작하여 숲과 기름야자 플랜테이션에 이르기까지 모든 환경에 보금자리를 건설할 수 있다"라고 드링크워터는 말했다.

드링크워터가 이끄는 연구팀은 (그녀가 수년 동안 거머리를 연구해 온) 보르네오의 숲에 '미끼가 들어 있는 덫'을 놓아 쇠똥구리를 사로잡았다. 그런데 미끼가 뭐였을까? "과학적 관점에서 볼 때," 드링크워터는 말했다. "가장 신뢰할 만한 '똥'의 원천은 인간이에요." 연구팀은 24시간 동안 카타르시우스속(Catharsius)에 속하는 '엄지만 한 쇠똥구리' 24마리를 생포했다. 다음으로, 그들은 멸균환경에서 쇠똥구리를 해부하여, 그들의 장(腸)을 퀸메리 대학교의 실험실에 보내 분석을 의뢰했다.

연구팀은 쇠똥구리의 장에서 검출된 DNA를 시퀀싱한 후, 그것을 보르네오의 숲속에 서식하는 것으로 알려진 동물들의 유전체와 비교했다. 그 결과, DNA 시퀀스들은 그 지역에 흔히 서식하는 비어드피그(bearded pig), 물사슴(sambar deer), 문자크(muntjac; 사슴의 일종), 애기사슴(mousedeer), 산미치광이(porcupine)의 것과 완벽하게 일치하는 것으로 나타났다. 그들은 이상의 연구결과를 2월 10일 출판전 서버인 《bioRxiv》에 포스팅했다(참고 2). 그들은 줄무늬사향고양이(banded civet)라는 드문 동물의 DNA도 탐지했지만, 시퀀스가 명확하지 않아 신원확인에 실패했다. 마지막으로, 그들은 (미끼에서 유래하지 않은) 사람의 DNA를 많이 발견했는데, 그건 인근에서 벌목을 하거나 야자기름을 수확하는 사람들에게서 유래한 것으로 보인다. 이상의 결과를 종합해 볼 때, 연구팀이 사용한 기법은 어디에서나 eDNA를 검사하는 데 사용될 수 있을 것으로 보인다.

분변은 비교적 신속하게—약 48시간 이내에—쇠똥구리의 장을 통과한다. 그 정도라면 넉넉한 시간은 아니지만, 드링크워터에 의하면 긍정적인 측면도 있다. 쇠똥구리의 장에서 특정 동물의 DNA가 검출되었다면, 그 동물이 최근 인근 지역에 있었다는 이야기가 되기 때문이다.

드링크워터는 "이번 연구가 아직 동료심사를 받지 않았으며, 상이한 환경에서 상이한 쇠똥구리를 이용하여 더 많은 테스트가 필요하다"라고 경고했다. 그럼에도 불구하고, 메인 대학교 오로노 캠퍼스의 마이클 키니슨(진화생물학, 생태학)에 따르면, "쇠똥구리는 'eDNA 도구상자'에 추가될 수 있을 만큼 스마트하다"라고 한다.

해들리도 키니슨의 의견에 기본적으로 동의하지만, '여섯 개의 다리가 달린 시민과학자(citizen scientist)'가 맞아야 할 운명을 안타까워한다. "장에서 DNA를 채취한다는 명목으로 수많은 쇠똥구리를 희생시킨다는 것은 ... 불필요해 보인다." 그녀는 말했다. "나 같으면 토양이나 퇴적물을 샘플링하는, 비치명적 기법(nonlethal technique)을 사용하겠다." 그럼에도 불구하고, 그녀는 "피치 못할 사정이 있는 경우에 시의적절한 접근방법이 될 수 있다"라는 단서를 달았다.
 

※ 참고문헌
1. https://www.sciencemag.org/news/2020/12/fisheries-flask-loose-dna-seawater-offers-new-measure-marine-populations
2. https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.02.10.430568v1.article-info

※ 출처: Science https://www.sciencemag.org/news/2021/02/humble-dung-beetles-may-be-ideal-dna-detectors-animal-surveys