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목 차
1. 미생물이란? 2. 미생물의 종류 및 특성 1) 조 류 (1) 조류란? (2) 조류의 특성 (3) 남조류 ⅰ> 남조류란? ⅱ> 남조류의 종류와 생활사 2) 원 생 동 물 (1) 원생동물이란? (2) 원생동물의 특성 ( 중요성, 생태, 생활사와 생식, 형태와 기능, 진화와 계통, 분류) 3) 세 균 (1) 세균이란? (2) 세균의 특성 (세균형태의 다양성, 성장과 생식, 세포의 종류) 4) 균 류 (1) 균류란? (2) 균류의 특성 (크기와 구조의 변화, 중요성, 생활사, 영양) 5) 리 케 차 6) 바 이 러 스 7) 토양 미생물 (1) 토양 미생물이란? (2) 토양미생물의 기능 및 역할 (근권활동, 유기물의 분해, 무기물의 변화) |
1. 미생물 [微生物, microorganism]이란?
주로 현미경적 크기의 미소한 생물.
미생물계는 동물계나 식물계로 분류하기 힘든 중간형태의 여러 특징을 나타내며, 이는 고등 동·식물의 분화에 앞서 주요미생물군의 분화가 선행되어 일어났다는 진화적 관점에서 타당하다고 추정된다. 일반적으로 조류(藻類)·균류·원생동물·세균류·리케차·바이러스 등을 포함시켜 분류하는데, 분류학상 남조류를 제외한 조류는 식물계로, 원생동물은 동물계로 분류하기도 한다.
미생물은 주로 단일세포나 균사(菌絲)로 구성되어 있으며 최소 생활단위를 이루는 종류이다. 남조류나 세균처럼 핵이 핵막으로 둘러싸여 있지 않고 핵물질이 흩어져 있는 세포군을 원핵세포(procaryotic cell)라 하고 균류·남조류 외의 조류, 원생동물처럼 뚜렷한 핵막과 분화된 세포기관을 갖고 있는 종류를 진핵세포(eucaryotic cell)라 한다. 전자를 하등미생물, 후자를 고등미생물로 구분할 수 있다. 예외적으로 바이러스의 경우는 실제로 세포를 형성하지 않지만 다른 세포 내에서 생명현상을 나타내므로 미생물학에서 중요한 연구대상이다.
미생물은 지구상 어느 곳에서나 발견되며 여러 가지 환경에 적응해 생활하고 있다. 특히 인체를 비롯한 동·식물과 공생하는 종류가 많으며, 다양한 질병을 일으키기도 한다. 또한 각종 물질의 변질·부패의 원인이 되기도 한다. 예전부터 효모·곰팡이 등을 이용한 발효산업이 발달했으며, 현재에는 미생물의 많은 특성들이 과학적으로 증명됨에 따라 식품·의약품·공업생산품 등 생산공업에도 이용되고 있다. 간단한 공정으로 많은 양을 빠른 시일내에 생산할 수 있으므로 각광받는 생물자원 중 하나이다. 최근에는 유용자원으로서 균주개발(菌株開發)에 유전공학적인 방법을 실시하고 있으며, 특히 이전까지 생산하기 힘들었던 생물의약품(예를 들어 인슐린이나 여러 가지 백신)도 미생물을 이용한 유전공학적 방법에 의해서 대량생산이 가능하게 되었다. 또한 미생물은 뛰어난 분해능력을 갖고 있어서 자연계에서 동·식물의 시체·배설물·부후물(腐朽物) 등을 분해하며 여러 가지 분자단위의 유·무기물을 생산해내므로, 이러한 성질을 이용해서 수질·토양 등의 환경오염을 처리하는 데 사용하고 있다.
2. 미생물의 종류 및 특성
1) 조류 [藻類, algae]
(1) 조류란?
단수형은 alga.
원생생물계에 속하는 원시적인 진핵생물.
대략 2만 5,000종이 있다. 크기는 3㎛ 정도의 작은 단세포 편모충류(鞭毛蟲類)로부터 62m에 이르는 잎 모양의 켈프(kelp)에 이르기까지 다양하다. 그들은 광합성을 할 수 있지만 진정한 잎·줄기·뿌리·관다발계가 없다. 온대 삼림지역에서 북극의 툰드라에 이르기까지 지상의 어느 곳이라도 조류가 자라지 않는 곳이 없다. 어떤 변종들은 흙에서 살며, 오랜 기간을 물 없이 견딘다. 다른 변종들은 눈에서 살고, 소수의 종(種)은 온천에서 산다(→ 선태식물).
(2) 조류의 특성
3개의 주요조류군인 녹조류(綠藻類)·갈조류(褐藻類)·홍조류(紅藻類)는 모두 석회로 덮인 속(屬)과 종을 포함하는데, 수천 종 이상이 지구의 지리적 지층에 광대하게 분포하고 있다. 총광합성량의 90%가 조류에 의해 만들어지므로, 그들은 지구 역사의 초기에 산소가 풍부한 지구의 대기를 창조하는 데 중요한 역할을 했을 것으로 여겨진다. 부유성 조류는 바다에서 먹이연쇄의 기본적인 고리이고, 모든 고등 수중생물은 결국 이것에 의존한다. 조류는 가축의 먹이로서 뿐만 아니라 선사시대 이래로 인간이 소비하는 음식으로도 사용되어왔다. 비록 영양적 가치는 많지 않아도 조류는 섬유질 식물로 중요하며, 음식물에 단백질·비타민·무기염을 첨가시켜준다. 또한 이것을 매일 섭취하는 지역에서는 갑상선종(甲狀腺腫)의 발생률이 낮은 것으로 알려져 있다.
조류는 상업적 목적을 위해 다양하게 사용된다. 그 산물 중에는 70종 이상의 홍조류에서 만들어지는 한천이 있다. 한천은 낚시 또는 요리된 생선을 수송하거나 직물의 치수를 재는 데 쓰이며, 필름과 고급 접착제를 만들거나 비누·소스·젤리·아이스크림·당의(糖衣)를 만드는 데 사용된다. 주름진두발의 산물인 캐러지넌(carrangeenan) 추출물의 용도는 한천과 비슷하며 나트륨염·칼륨염이나 칼슘염을 만드는 데도 이용된다. 갈조류의 구성성분인 알긴산(algenic acids)은 알칼리 염을 만드는데, 견처럼 실을 잣는 데 쓰인다. 조류는 세포분열이나 분절증식을 통해 영양생식하거나, 운동성이 있는 유주자의 방출 및 다른 포자 형태의 생산을 통해 무성생식 또는 유성생식을 할 수 있다. 유성생식은 대개 생활사에서 긴박한 때, 즉 성장기의 마지막이나 환경 상태가 좋지 않을 때 일어난다.
<<조류의 종류>>
(3) 남조류[blue-green algae]
ⅰ> 남조류란?
남조식물, 남조세균이라고도 함.
1,500여 종(種)으로 이루어진 원시 광합성 생물.
대표적인 세균:
광합성을 하는 표면이 세포질에 삼투하는 아나바이나 아졸라이
단세포로 살아가는 종류와 단세포들이 모여 군체(群體)를 이루는 종류들이 있다. 어떤 종들은 다세포로 된 사상체(絲狀體)로 자라기도 한다. 이들 중 몇몇 종은 세포의 분화를 보여주는데 어떤 세포는 사상체를 기질에 부착시키는 일을 하고 또 어떤 세포는 생식에만 관여하는 등 세포마다 각기 다른 기능을 갖고 있다. 여러 가지 점에서 남조류는 세균과 고등식물의 중간에 위치한다. 고등식물과는 달리 세균처럼 원핵세포로 되어 있어서 세포 내에 막으로 싸여 있는 핵·미토콘드리아·골지체·엽록체·소포체 등을 가지고 있지 않다. 그러나 영양섭취라는 면에서는 녹색식물과 비슷하다. 광합성 세균과는 달리 고등식물의 광합성 색소와 비슷한 엽록소 a를 가지며 광합성의 산물로서 산소분자를 내보낸다. 공기중에 있는 질소를 고정하는 종들도 있는데, 이 종들은 공기중에 기체상태로 있는 질소를 화합물로 바꾸어 식물세포가 이용할 수 있도록 해준다. 이질세포(異質細胞)라고 하는 특수화된 세포를 가진 사상체로 이루어진 남조류들은 특히 효율적으로 질소를 고정한다. 이질세포는 산소를 통과시키지 않는 두꺼운 벽으로 싸여 있어, 질소고정 효소가 작용하는 데 필요한 산소가 없는 환경을 만들어준다. 동남아시아에서는 벼농사를 짓는 논에 질소고정 남조류를 키워 질소원으로 사용하고 있으며 질소 비료는 쓰지 않는다. 남조류는 엽록소 외에도 황색 카로티노이드, 푸른색 파이코시아닌, 붉은색 파이코에리드린 등 여러 가지 색소를 가지고 있다. 파이코시아닌과 엽록소가 조합하여, 이 무리의 이름으로도 붙여져 있는 독특한 남색을 낸다. 그러나 다른 여러 가지 색소들도 많이 있기 때문에 실제로는 많은 종들이 녹색·갈색·노란색·검은색·붉은색으로 나타난다.
ⅱ> 남조류의 종류와 생활사
남조류는 매우 넓은 지역에 분포한다. 이들은 민물에 매우 흔하며, 물 속에 떠서 사는 종류와 물 밑에 붙어서 사는 2종류로 나눌 수 있다. 바닷가의 조수 웅덩이, 열대산호초지대, 조간대의 물보라가 미치는 곳에서도 많이 자라며 몇몇 종은 바다에 떠다니며 살기도 한다. 땅에서 사는 남조류는 1m가 넘는 땅 속 깊은 곳에서도 자라고, 축축한 바위나 나무의 표면에 방석 모양 또는 층을 이루며 자라기도 한다. 또한 온천, 한대지역 호수의 얼음덩어리 밑 수심 5m, 사막에 있는 바위 밑 그늘진 곳 등 살기 어려운 환경에서 자라는 것도 있다. 이들은 황폐한 지역의 바위나 흙에서 자라면서 최초의 개척자 역할을 하며, 다른 생물들과 여러 형태의 관계를 만들어간다. 예를 들면 곰팡이 종류와 상호관계를 유지하며, 지의류라는 복합생물을 이루는 종류도 있다.
남조류는 무성생식을 하는데 단세포나 군체로 자라는 종류들은 이분열법으로, 사상체인 종류들은 분절법 또는 포자형성법으로 생식한다. 자라기 좋은 환경조건에서는 폭발적으로 증식하여 그 지역을 덮어버린다. 연못에 남조류가 너무 많이 증식하면 물이 불투명하고 어두운 녹색을 띠게 되며, 파이코에리드린 색소가 많은 종류들이 한꺼번에 많이 증식하면 홍해처럼 붉게 물들기도 한다. 특히 질소노폐물로 오염된 물에 많이 자라는데, 그런 경우 남조류가 물 속에 녹아 있는 산소를 너무 많이 소비하여 물고기나 물 속에서 살던 다른 생물들이 죽게 된다.
원래 식물계의 한 무리로 점조식물문(Myxophyta) 또는 남조식물문(Cyanophyta)으로 분류되어왔으나 1970년 이래 분류학자들은 세균이나 원녹조식물문(Prochlorophyta) 등의 원핵생물과 함께 원핵생물계(Monera)에 두고 있다. 원핵생물계에서는 남조식물문 또는 남조세균문(Cyanobacteria)으로 분류된다.
2) 원생동물 [原生動物, protozoan]
(1) 원생동물이란?
원생동물문(原生動物門 Protozoa)을 구성하는 동물들.
대부분 현미경적 크기이며 단세포이다. 개체수에 있어서는 세균과 맞먹을 정도로 많으며, 충분한 습기만 있으면 지구상의 어느 곳에서든 살 수 있고 기생성 종류들도 많다. 현존하는 종(種)의 수는 5만 종 정도이며, 과거에 멸종한 종들은 이보다 훨씬 더 많았을 것으로 추정된다. 원생동물에 대한 초기 연구는 말라리아·수면병과 같은 질병을 일으키는 기생성 종들에 초점이 맞추어졌고 이에 따라 특히 열대의학 연구가 자극을 받게 되었다. 최근에는 원생동물을 배양하는 기술이 향상됨에 따라 전통적인 실험동물들을 대신하여 생화학적 연구, 비타민·약들의 생물학적 분석, 생태학적 연구에 원생동물이 이용되고 있다.
(2) 원생동물의 특징
원생동물의 형태는 변이가 매우 심하다. 그리고 크기는 혈액에 기생하는 2㎛ 정도의 작은 종류로부터 지름이 거의 5㎝에 이르는 유공충류(有孔蟲類)에 이르기까지 매우 다양하다. 단순한 원생동물은 1개의 핵과 세포질 함유물(미토콘드리아, 저장 양분 등)만을 포함하고 있으나 복잡한 종은 많은 핵, 이동과 섭식에 관련된 다양한 세포기관, 섬유와 수축성이 있는 구성요소들을 가지고 있다. 원생동물문에 대한 원생동물학자들의 견해는 그들의 임의적인 결정에 의한 부분이 많기 때문에, 분류학적 면에서 이 문은 진정한 유연관계의 일부만을 반영하고 있다고 볼 수 있다. 이런 점에서 원생동물문은 인위적인 모임이라고 할 수 있다.
ⅰ> 중요성
광합성 편모충류(photosynthetic flagellates)는 1차 생산자(독립영양생물)로서 조류(藻類)와 함께 수생의 먹이사슬 아래쪽에 위치해 있다. 쌍편모충류(雙鞭毛蟲類)에 의해 일어나는 '대증식'(bloom)과 '적조' 현상은 다른 생물체들에게 유해한 영향을 주는데 어떤 종들은 신경독물을 만들어 많은 해산 어류를 죽이기도 한다. 또한 그외의 동물들에게도 간접적으로 영향을 주는데 연체동물인 이매패류는 쌍편모충류의 대증식 후에 이들의 독을 고농도로 축적할 수 있기 때문에 이런 연체류를 먹는 동물들은 치명적인 피해를 입게 된다. 토양의 원생동물은 보통 생산자라기보다는 소비자이다. 어떤 설에 의하면 토양 아메바들이 토양을 비옥하게 해주는 세균을 감소시켜 토양의 질을 떨어뜨린다고 하나 뚜렷한 증거는 없다.
질병을 유발하는 원생동물에 대해 잘 알려져 있다. 기생성 포자충류(胞子蟲類)인 말라리아원충속(─原蟲屬 Plasmodium)에 의해 발생하는 말라리아는 공공보건에 관한 매우 중대한 문제로 남아 있다. 구충아강(球蟲亞綱 Coccidia)에 속하는 어떤 종들은 가축과 일부 야생동물에 해를 끼치기 때문에 축산업을 하는 농민들에게는 심각한 문제가 되고 있다. 체체파리에 의해 전파되는 트리파노소마(trypanosome)는 아프리카의 광범위한 지역에서 발견되며 수면병을 일으킨다. 장관아메바증(intestinal amebiasis)은 치명적인 경우는 드물지만, 아메바이질(amebic dysentery)로 발전될 수 있으며, 감염이 심하지 않은 경우라도 간농양(肝膿瘍)이 될 수 있다. 톡소플라스마증(toxoplasmosis)은 인간과 가축에 가장 널리 감염되는 감염증 가운데 하나로서 이 병을 일으키는 독성포자충류(毒性胞子蟲類) 종들은 유산·수두증(水頭症)의 원인이 되기도 한다.
최근에 원생동물에 관한 생리학적 지식이 증가되고 실험실에서의 기술이 향상됨에 따라 수많은 종들이 배지에서 순수배양되고 있다. 원생동물은 이미 생물 속의 비타민에 대한 생물학적 분석에 널리 사용되어왔고, 담수와 해수의 비타민 양을 측정하는 데도 사용되어왔다. 특히 기생성 원생동물의 조직배양이 활발한데 그 목적은 기생성 원생동물에 대한 보다 정확한 관찰을 통해 좋은 퇴치 방법을 얻고자 하는 것이다.
ⅱ> 생태
자유생활을 하는 원생동물은 주로 토양·담수·해수에 산다. 기생성 종은 몸의 강(腔)이나 조직 속에 살며, 어떤 것들은 세포의 내부에 살기도 한다. 자유생활을 하는 종들은 먹이의 종류와 그 풍부한 정도, 그리고 여러 생태적 요인에 따라 큰 차이를 보인다. 대부분의 원생동물들이 무리를 짓지 않고 혼자서 살아가지만 군체를 형성하여 사는 종류들도 많이 있다. 군체를 형성하는 고니움속(Gonium)·판도리나속(Pandorina)·볼복스속(Volvox), 그리고 어떤 섬모충류는 각 개체들이 젤리 모양의 기질 속에 묻혀 있다.
원생동물의 생존에 영향을 주는 환경적 요인들에는 먹이, 빛(광합성을 하는 종들), 온도, 산소, 이산화탄소, 주위 물질의 산도, 물 등이 있다. 그중에서도 먹이는 가장 필수적인 요소이며, 광합성을 하는 편모충류에서는 대개 인과 질소 공급원이 그들의 분포를 제한한다. 먹이의 증가는 대증식·적조처럼 놀랄 만한 집단 크기의 증가를 야기시킬 수 있다. 일반적으로 조직 깊숙이 사는 기생성 원생동물은 엄격한 혐기성이지만 다른 기생성 종류들은 비교적 넓은 범위의 산소량에 적응할 수 있다. 호수나 연못의 용존산소는 겨울과 봄에 증가하므로 이때는 호기성 원생동물에게 호조건이 되고, 여름과 가을에는 산소량이 감소하므로 혐기성 원생동물에게 호조건이 된다. 이산화탄소의 적절한 공급은 광합성 종들에게 필수적인 요소이다. 주위 환경의 pH도 어떤 종에게는 살아가는 데 제약이 된다.
공생에는 숙주가 공생자인 원생동물보다 큰 경우와 원생동물이 공생 미생물의 숙주가 되는 경우가 있다. 기생성 원생동물은 때때로 중복기생의 관계를 이루는데, 중복기생이란 숙주 속에 있는 기생성 동물이 또다시 다른 동물의 숙주가 되는 경우이다. 장에 사는 편모충류, 기생성 아메바와 섬모충류는 다시 더 작은 아메바, 미포자충류 또는 세균의 숙주가 될 수 있다.
ⅲ> 생활사와 생식
원생동물의 여러 생활사 가운데 가장 단순한 생활사는 활발히 살아가는 영양단계(trophic stage)와 피낭체(cyst) 형성단계로 구성된다. 영양단계는, 어떤 종에서는 하나 이상의 단계를 포함할 수 있으며 또한 유성단계(sexual stage)를 포함할 수도 있다. 유성단계가 생존에 미치는 중요성의 정도는 다양해서 어떤 종에 있어서는 유성적인 현상이 간헐적으로 일어나지만 다른 종에 있어서는 필수적이다. 피낭체의 보호력은 다양하며 어떤 종의 피낭체는 건조한 상태에서도 몇 년 동안이고 살 수 있다(→ 피낭형성). 피낭체가 되는 원인은 먹이원의 부족, 비타민의 결핍, 치명적인 pH 변화 등이며 환경 조건이 좋아지면 피낭체에서 벗어나 다시 영양단계로 들어간다. 이러한 피낭체의 형성은 성공적으로 종을 퍼뜨리는 데 중요한 역할을 한다.
원생동물의 생식법은 종류에 따라 다른데, 가장 흔한 방법은 무성생식의 일종인 이분법(二分法)이다. 그 외의 무성생식 방법에는 출아, 다분열(多分裂), 또는 다분열생식이 있다.
유성생식에는 동형배우자(同型配偶子) 사이에서 또는 이형배우자(異型配偶子) 사이에서 일어나는 배우자합체가 있으며 짚신벌레와 같은 섬모충류의 경우 뚜렷한 배우자의 형성이 없고 대신에 두 개체가 서로 붙는 접합(接合)이 일어나는데 이때 그들은 핵을 교환한다. 이렇게 교환된 핵은 개체 안에 이미 존재해 있던 핵과 융합하여 융합핵(融合核)을 형성한다. 그리 흔하지 않은 현상이지만 한 개체 내에서 각각의 배우자를 대표하는 두 핵이 합쳐져 접합자를 형성하는 자가수정(自家受精)의 경우도 있다. 감수분열은 반수체를 만들기 위한 과정이지만 원생동물의 종류에 따라 그 시기가 약간 다르다. 어떤 편모충류와 포자충류들은 개체들이 그들의 생활사 대부분에 있어서 반수체이며, 수정이 된 직후에 곧바로 감수분열이 일어나서 포자를 형성하게 된다. 그리고 각 포자는 새로운 반수체 개체로 자란다. 유공충류는 대부분의 고등식물에서 볼 수 있는 것과 마찬가지로 세대교번을 하는데 이 경우는 이배체의 단계가 길고 우세하다. 섬모충류와 여러 원생동물들은 고등동물에서 볼 수 있는 것처럼 개체들이 이배체이며, 배우자 형성 과정에서만 감수분열이 일어나는데 이들은 수정이 되어 다시 이배체가 된다.
생식은 활동적이거나 비활동적인 단계에서 일어난다. 대부분의 섬모충류는 움직일 수 있는 단계에서 생식하지만 어떤 식물성 편모충류는 생식 피낭체 내에서 분열한다. 재생은 나팔벌레(stentor)에서 많이 연구되었는데, 이 동물의 경우 성체 크기의 1/100보다도 작은 조각이 완전한 생물체로 재생한다. 편모와 섬모의 재생은 흔한 현상이며, 대핵뿐만 아니라 소핵도 재생에 필수적인 종들도 있다. 원생동물에서는 멘델식 유전이 동물의 크기, 모양, 헤엄치는 속도, 광합성률 등의 많은 형질에서 보고되고 있다. 연관(linkage)은 몇 개의 형질에서 이미 확립되어 있고, 교차(crossingover)도 여러 경우에서 증명되고 있다.
ⅳ> 형태와 기능
아메바성 종들은 형태가 다양하지만 골격, 껍질, 두꺼운 외피(pellicle) 등을 갖고 있는 종들은 형태가 상당히 일정하다. 군체의 형태는 개체를 결합시키는 물질의 종류에 의해 결정된다. 형태는 생활사 안에서 변할 수 있고, 환경조건에 의해서도 변형될 수 있다. 많은 원생동물 종들은 하나의 구형(球型) 핵을 지니고 있으나 어떤 무리들은 두 종류의 핵을 가지고 있다. 예를 들어 섬모충류는 소핵과 대핵을 가지고 있는데, 이들은 구조와 기능이 달라 소핵은 접합과 자가수정에 참여하고 대핵은 유전자 발현에 관여한다. 세포질은 여러 입자들과 세포기관들을 포함하고 있다. 미토콘드리아의 강력한 효소 기능은 세포 호흡과 단백질 합성에 관련되어 있다. 막으로 된 소포체에서는 글리코겐 알갱이들이 합성되며, 리보솜은 소포체와 분리되어 있거나 붙어 있으며 흔히 폴리솜의 형태를 이룬다. 골지(Golgi) 물질은 주로 다수의 납작한 소포(小胞)들로 되어 있으며 색소 알갱이들은 많은 식물성 편모충류와 일부 다른 원생동물들에서 볼 수 있다. 액포(수축포)는 담수종과 일부 해산종, 그리고 기생성 종에서 과도한 물을 제거함으로써 삼투평형을 유지한다. 소화용 액포(gastrioles)는 먹이를 섭취하는 동안에 형성된다.
식물성 편모충류에서만 발견되는 색소포는 엽록소와 다른 색소들을 포함하고 있다. 목(order)에 따라 지니고 있는 색소도 다르다. 어떤 식물성 편모충류는 식물의 세포벽과 유사한 셀룰로오스 또는 펙틴으로 된 껍질(theca)을 가지고 있다. 유공충류의 껍질은 보통 석회질로 되어 있으나 규질로 된 것도 때로 발견되며, 구멍이 뚫린 벽을 가지고 있는 경우도 있다. 많은 방산충류(radiolarian)들은 규질의 골격을 가지고 있으며, 방사극충류(acantharian)의 골격들은 대부분 황산스트론튬으로 되어 있다. 원생동물은 대개 2~3층의 복잡한 외피로 덮여 있다.
이동운동과 섭식을 위한 부속지로는 위족·편모·섬모가 있다. 위족은 몸의 어느 부분에서나 돌출되어 생기는 임시적인 것인데, 내질(endoplasm)이 운동하는 방향으로 흐름으로써 위족이 형성된다. 위족의 운동은 세포 단백질의 수축에 의해 일어난다. 편모는 보통 몸의 앞쪽에 있지만 쌍편모충류는 중앙부분에서 2개의 섬유가 나와 하나는 뒤쪽으로, 그리고 다른 하나는 몸주위를 나선형으로 꼬고 있다. 편모는 대부분의 자유생활 종에서는 1~4개이고 어떤 기생성 종에서는 12개 정도가 된다. 섬모는 환이나 나선의 열로 배열되어 있으며 합쳐져서 막, 막판(membranelles), 그리고 나선형 극모(cirri)가 되기도 한다.
섭식영양종(攝食營養種)은 고체의 먹이를 섭취하여 소화한다. 부생성영양종(腐生性營養種)은 용해된 물질을 섭취한다. 많은 섭식영양종들은 섭식영양에만 국한되지 않고 때때로 부생성영양도 한다. 유글레나나 볼복스와 같이 엽록소를 가지고 있는 것은 광합성 작용을 하는 독립영양생물이다. 원생동물들은 산소량에 따라 서식처가 다른데 절대호기성(obligate aerobe)은 적절한 산소 농도를 갖는 서식처에만 국한되는 반면에 절대혐기성(obligate anaerobes)은 산소가 없는 환경에만 국한되어 살고 있다. 노폐물의 배설작용은 표면을 통해 이루어지며 주요 질소노폐물은 암모니아이다. 분비작용은 껍질, 미끄러져 나아가기 위한 점액질, 군체의 기질, 골격용 판을 위한 물질을 위한 것이다.
ⅴ> 진화와 계통
원생동물의 지질학적 나이는 불확실하나 대략 15억~30억 년 정도 되는 것으로 추정된다. 화석 기록이 소수의 원생동물 군(群)들의 역사 자료를 제공해주고 있긴 하지만, 현생 원생동물의 계통학적 유연관계를 추적하는 것은 매우 어렵다. 일반적으로 편모충류가 원생동물 중에서 가장 오래된 것이라고 보고 있다. 아마도 여러 종류의 편모충류 계통이 육질충류와 섬모충류의 여러 가지 목을 낳았을 것이다. 그러나 현존하는 계통수 모두가 매우 가설적이며 최근에는 디옥시리보핵산(Deoxyribonucleic Acid/DNA)의 염기서열을 비교하여 계통관계를 추정하고 있다.
ⅵ> 분류
원생동물은 뚜렷한 핵물질을 가지고 있는 진핵생물이다. 그들을 여러 분류군으로 나누는 것은 1차적으로 이동운동, 핵의 수, 세포기관, 생활사, 생식의 방법 등의 차이에 근거한다. 식물과 비슷한가(광합성을 할 수 있음), 동물과 비슷한가, 자유생활을 하는가, 기생성인가 등의 영양방식은 하위분류군의 등급을 결정하는 데 중요하다.
3) 세균[細菌, bacteria]
(1) 세균이란?
분열균문(分裂菌門 Schizomycophyta) 분열균강(分裂菌綱 Schizomycetes)에 속하며 거의 모든 환경에 존재하는 현미경적 크기의 생물.
종종 수많은 세균이 좁은 공간에 존재하는데, 예를 들어 영양분이 풍부한 1g의 정원 흙에는 수십 억의 세균이, 침 1방울에는 수백만의 세균이 살고 있다. 생물권에서 세균의 역할은 크다. 세균이 없는 토양에서는 식물이 자라지 못하고, 궁극적으로는 영양분을 식물에 의존하는 동물도 살 수가 없다. 일부 세균은 질병을 일으키지만 대부분은 무해하며, 사람에게 유익한 종류도 많이 있다.
(2) 세균의 특성
ⅰ> 세균형태의 다양성
연쇄상구균 콜로니 간균속 메가테리움 아쿠아스피릴룸 시누오숨 비브리오
헤모필루스균 아키네토박테르 칼코아케티쿠스
ⅱ> 성장과 생식
세균의 생활사에서도 다른 생물과 마찬가지로 성장과 생식을 한다. 이 가운데 세균에서만 볼 수 있는 독특한 것도 있다. 미생물학적인 의미에서의 성장은 개체수의 증가만을 의미하며 개체 자체의 부피가 커짐을 뜻하지 않는다.
세균은 특징적으로 이분법이라는 무성생식을 한다. 세균이 좋은 환경에 있으면 대사작용이 활발하여 부피생장을 한다. 성장이 어떤 점에 이르면 마침내 세포를 2개로 나누어 새로운 두 딸세포를 만들어낸다. 개체수가 2배로 증가하는 데 걸리는 시간을 세대기간이라고 한다. 세대기간은 종류와 환경에 따라 매우 달라서 대장균은 약 15분 정도, 결핵균은 16시간까지 걸리는 경우도 있다. 이분법이 진정세균목(眞正細菌目 Eubacteriales)의 전형적인 생식방법이지만 어떤 종류, 특히 진화된 종류에서는 다른 양식의 생식이 일어난다. 로도미크로비움 바로이엘리(Rhodomicrobium varoielii)는 출아법에 의해, 방선균은 포자로 생식한다. 장내 세균들 중에는 아주 드물게 유성생식(접합)을 하는 경우가 있는데, 1쌍의 세균들이 직접 물리적인 접촉을 하여 한쪽의 염색체 일부가 다른 쪽으로 옮겨간다.
출아법으로 증식하는 출하세균 분열법으로 증식하는 줄기세균
(히포모나스 폴리모르파) (카울로박테르속 박테로이데스)
세포질안에 자기입자들이 나란히 배열된 세포
(아쿠아스피릴룸 마그네토탁티움)
ⅲ> 세포의 종류
-물 속의 세균
양질의 식수 속에는 1㎖당 3~5마리 이상의 세균이 있어서는 안 되며 (대장균) 대장균군은 없어야 한다. 대장균군은 사람과 동물의 장내에서 발견된 다. 대장균군이 있다는 것은 그 물이 분뇨에 의해 오염되었고, 따라서 병원균을 가지고 있을 가능성이 높다는 것을 뜻한다. 상수처리공정은 이런 대장균군과 다른 미생물들을 제거하기 위한 공정이다. 하수는 가정폐수나 산업폐수를 포함한 사용된 물을 의미한다. 하수 속의 세균은 병원균 등의 오염원과 유기물질을 분해하는 정화제로서의 2가지 중요성을 지닌다. 하수처리시설은 세균을 이용하여 하수 속에 있는 유기물을 분해하도록 설계되어 있다. 유기물을 분해하는 데는 많은 산소가 요구되므로 유기물 양에 비례하여 생화학적산소요구량(BOD)이 높아진다. BOD가 높은 하수가 하천이나 호수에 유입되면 그곳의 생태계를 혼란시키게 되므로, 하수처리의 목적 중의 하나는 가능한 한 유기물을 완전히 산화하여 BOD를 낮추는 데 있다. 해수의 미생물군집은 세균·조류(藻類)·원생동물과 균류로 이루어져 있다. 해양세균은 유기물과 무기물을 해양생물의 영양소로 전환하는 역할을 한다. 호기성 조건에서는 유기물을 분해하여 암모니아·이산화탄소·황산염·인산염을 만들어내고, 이들 분해물질은 조류나 플랑크톤의 영양원이 되어 다른 유기물로 합성된 후 최종적으로 조개나 어류의 먹이가 된다.
-대기 중의 세균
공기 중에는 세균과 그밖의 미생물이 포함되어 있으며 이들을 흡착하고 있는 입자의 크기와 대기 조건에 따라 다양한 주기로 부유·순환하고 있다. 일반적으로 특정지역 내의 세균 수는 시간에 따라 많은 차이가 있다. 기침이나 재채기를 할 때 엄청난 수의 세균이 대기중으로 나와 세균 1마리가 들어있는 핵적(核滴)이라 불리는 알맹이로 오랫동안 떠돌아 다닌다. 호흡기관에 있는 세균은 결핵균·폐렴균·뇌막염균 등을 포함하고 있어 잠재적 위험성이 높다. 대기권 내의 세균은 여러 질병의 원인이 될 뿐만 아니라 여러 가지 물질의 오염원으로서도 중요하다. 따라서 의료용품이나 식료품 공정에는 인위적으로 무균 환경을 만들 필요가 있다.
-토양 속의 세균
토양세균은 토양의 생화학적인 변화에 적극적으로 관여한다. 죽은 동식물체는 미생물에 의해 부식토와 무기질로 변환된다. 토양 속에서 여러 원소(질소·탄소·황 등)는 화학적 변화를 통해 순환하고 있다고 믿어진다. 그러한 순환중 어느 한 단계에서 원소는 다른 원소와 전혀 결합되지 않은 순수원소로 존재한다. 어떤 종류의 세균은 이러한 순수원소를 식물이 이용할 수 있는 무기화합물로 전환시키고 동물은 이 식물체를 먹고 식물체 유기화합물을 동물조직으로 변환시킨다. 최종적으로 식물체와 동물체는 토양세균에 의해 분해되어 다시 원래의 원소로 되돌아간다. 예를 들면 질소순환계는 가장 잘 알려진 순환계이다. 질소고정은 질소순환계의 중요한 과정 중 하나인데 몇 종의 세균에 의해 이루어진다. 뿌리혹박테리아는 콩과식물과 공생하면서 질소를 고정하기 때문에 이들을 공생적 질소고정자라고 부른다. 아조토박터속(Azotobacter), 클로스트리디움속(Clostridium)의 세균들은 독립적으로 살면서 질소를 고정하므로 비공생적 질소고정자라고 부른다.
-음식 속의 세균
음식물은 세균이 자라기에 아주 좋은 조건이므로 쉽게 오염된다. 오염된 세균이 병원성이면 보건에 심각한 문제가 된다. 유용한 면도 있어서 어떤 종류의 세균들은 우유나 카세인을 버터밀크·요구르트·치즈로 전환시키며 비유제품에서도 중요한 역할을 한다. 어떤 종류는 식품을 부패시킬 때 독소를 분비하는데, 사람이 이 독소를 먹게 되면 심각한 증세를 일으키고 심한 경우 죽음에 이르기도 한다. 어떤 세균은 식품을 통해 사람에 침입하여 장티푸스·콜레라·이질 등의 질병을 유발하기도 한다.
4) 균류(진균류)[fungi]
(1) 균류란?
식물과는 독립된 무리로 여기나 흔히 식물에 소속시키는 진균문(眞菌門 Mycota)의 생물체.
엽록소가 없어서 다른 생물에 기생하며, 식물에서 볼 수 있는 줄기·잎·뿌리 같은 기관들이 없다. 지구상에 가장 널리 분포되어 있는 생물체로서 생태계나 인간에게 매우 중요하다. 버섯이 가장 널리 알려져 있지만, 수적으로나 경제적인 측면에서 더욱 많은 비중을 차지하는 곰팡이·효모·깜부기병균·녹각병균 등도 진균류에 속한다.
<부생고등균류의 자실체>
(폴리포루스 술푸류스) (광대버섯) (국수버섯) (주머니버섯) (주말버섯)
(2) 균류의 특성
진균류는 전형적으로 균사(팡이실)나 균사체(팡이)라고 불리는 가지가 많은 아주 가늘고 기다란 튜브 모양의 단위 조직으로 구성되어 있다. 이 균사 덩어리를 엽상체(葉狀體)라 하는데 적당한 조건에서는 엽상체에서 자실체(子實體)가 분화되어 나온다. 우리가 흔히 버섯이라고 부르는 것은 이 자실체를 가리킨다. 따라서 자실체 주위를 조심스레 살피면 하얀 엽상체를 찾아볼 수 있다. 자실체에는 수많은 포자(胞子)가 들어 있어, 이 포자가 주위로 퍼져나가 새로운 개체를 만들어낸다.
ⅰ>크기와 구조의 변화
우리가 볼 수 있는 버섯은 대체로 자실체나 포자병(sporophore)이다. 포자병의 크기는 아주 작은 것에서부터 둘레가 1~2m인 초대형까지 분포한다. 모양도 흔히 보는 갓 모양, 작은 핀 모양, 찻잔 모양, 공 모양, 부채꼴 등으로 다양하다.
ⅱ>중요성
진균류는 오래 전부터 인류와 밀접한 관계를 맺어왔다. 송이나 표고같이 식용으로 이용되는 버섯도 있지만, 독버섯에 의한 식중독 등 피해도 많다. 깜부기균이나 녹병균 등은 곡물 경작에 큰 피해를 주었으며, 미국산 너도밤나무의 전멸도 곰팡이의 감염에 의한 것이었다(→ 밤나무줄기마름병). 또한 20세기초 아일랜드에서 곰팡이의 감염으로 인한 감자 농사의 흉작은 900만 명의 인구를 400만 명으로 감소시켰다. 무좀과 같은 피부병도 곰팡이 감염에 의한 질병이다. 알렉산더 플레밍에 의해 최초의 항생제인 페니실린이 푸른곰팡이에서 발견된 이래 여러 가지 항생제가 균류로부터 얻어지고 있으며, 이외에도 제빵·발효산업·낙농산업 등 여러 분야에서 곰팡이를 이용하고 있다. 그러나 무엇보다도 중요한 점은 동물이나 식물을 분해하여 그 안에 유기물로 고정되어 있는 탄소·질소·인 같은 원소들을 유리시켜줌으로써 영양물질의 순환을 가능하게 하는 분해자로서의 역할이다.
ⅲ>생활사
진균류는 포자를 퍼뜨려 번식하는 특징을 갖고 있다. 포자는 균사로부터 무성적으로 직접 만들어져 나오기도하나, 접합에 의해 유성적으로 만들어지기도 한다. 유성생식은 다른 생물체에서처럼, 2개의 다른 생식세포가 결합하여 2개의 핵이 하나로 융합되는 과정을 거친다.
ⅳ>영양
엽록소가 없기 때문에 스스로 탄수화물을 만들지 못하고 다른 동·식물에 축적된 것을 이용해야 하므로 부생성(腐生性)이거나 기생성이다. 여러 가지 효소들을 균사 밖으로 배출하여 주위의 유기물질을 분해하여 필요한 영양물질을 섭취한다. 균사의 어느 곳에서나 이러한 분해와 흡수가 가능하나, 일부 부생성균에서는 식물 뿌리와 유사한 역할을 하는 헛뿌리(rhizoid)라는 특수 균사를 내기도 하고, 또 많은 기생균에서는 특수한 흡입기관인 기생근이라는 균사를 내기도 한다. ① 부생생활:세균과 함께 부생균류는 막대한 양의 유기물질을 분해한다. 음식물을 부패시키고, 목재나 가구를 부식시키며, 광학 렌즈를 손상시키는 주원인이기도 하다. ② 기생생활:부생균과는 달리 기생균은 살아 있는 생물체에 침입한다. 대부분의 병원성 기생균은 식물에 질병을 일으키지만 동물을 감염시키는 균도 있다. 가장 일반적인 식물병원균으로는 여러 가지 녹병균을 비롯해 노균(露菌), 깜부기균 등이 있으며 곡물과 채소 등 농작물에 커다란 피해를 입힌다. 전세계적으로 균에 의한 농작물 피해액은 매년 수억 원에 이른다. ③ 포식생활:몇몇 균류는 아메바·선충류(線蟲類)·윤충류(輪蟲類) 같은 아주 작은 크기의 동물을 포획하여 영양을 섭취하기도 한다. 선충포착균속(Arthrobotrys)·닥티렐라속(Dactylella)·닥틸라리아속(Dactylaria)처럼 땅에서 자라는 균류들은 고리 모양의 균사를 많이 만들어낸다. 고리의 크기는 아주 작은 벌레가 겨우 통과할 만한 크기인데, 벌레가 이 고리를 통과하면서 안쪽 세포벽을 자극하면, 균사는 급격히 팽창하여 결과적으로 고리가 조여들어 벌레를 포획한다. 부풀어오른 고리로부터 균사가 나와, 벌레의 몸 안으로 침투하여 벌레를 분해한다. 벌레가 주위에 없을 때는 고리의 수가 상당히 적으나 벌레가 많으면 벌레에서 나오는 것으로 생각되는 어떤 물질이 균사를 자극하여 고리의 수가 급격히 증가한다. ④ 균근:상당수의 균류는 식물의 뿌리에 침입하여 균근(mycorrhiza)을 형성한다. 균근의 형성은 뿌리를 녹여내는 감염과 달리, 숙주와 균류 사이에 공생의 관계를 형성한다.
<<균류에 의한 식물의 병>>
옥수수깜부기병 자두의 검은 혹병 복숭아의 갈색부패증
5) 리케차 [rickettsia]
리케차과(Rickettsiaceae)에 속하는 막대 모양 또는 다양한 구형(球形)의 비여과성 세균.
특히 이·벼룩·응애류·진드기 등 절지동물의 자생기생체(自生寄生體)로서 일반적으로 사람이나 동물에게 열이 수반되는 심각한 급성 질병을 일으킨다. 리케차는 박테리아·바이러스와 유사하지만 세균에 더 가까워 최근에는 원핵생물계(原核生物界)의 제Ⅱ문(門)에 포함시킨다. 크기는 대략 0.3~0.7㎛(마이크로미터:1㎛=10-6m)에서 1.0~2.0㎛로 가장 큰 리케차가 가장 작은 비(非)리케차성 세균과 비슷한 크기이나 바이러스와 마찬가지로 모든 리케차는 동물세포 안에서만 생식이 가능하다.
보통 리케차는 사람이 절지동물에게 물려 전달되지만 어떤 종류는 극심한 건조상태에서도 견딜 수 있어 절지동물의 배설물이, 흡입이나 상처부위를 통해 피부로 들어올 때 전파될 수 있다. 리케차과에 속하는 리케차속(―屬 Rickettsia)·콕시엘라속(Coxiella)·로칼리마이아속(Rochalimaea)이 사람의 리케차성 질병을 일으키는데, 그중 리케차속이 가장 크고 이것은 다시 티푸스군(3종)·반점열군(8종)·쓰쓰가무시병군(1종)으로 나누어진다. 또한 이 속만이 로키산홍반열, 발진티푸스, 브릴진서병, 쓰쓰가무시병 등 기타 감염성 질병들을 일으킨다. 콕시엘라 부르네티(Coxiella burnetii)는 Q열(熱)을 일으키는 감염원으로 일반적인 감염경로(에어로졸)와 열에 대한 반응(내열성) 등이 리케차속과 크게 다르다. 참호열을 유발하는 로칼리마이아 퀸타나(Rochalimaea quintana:이전 이름은 Rickettsia quintana)는 대부분의 다른 리케차와는 달리 인공 배지에서 자랄 수 있다(→ 로키산홍반열, 참호열, Q열).
리케차의 또다른 속인 에를리키아속(Ehrlichia)은 주로 개·양·소·염소 등에서 진드기를 매개로 리케차성 질환을 일으킨다. 에를리키아 센네추(Ehrlichia sennetsu:이전 이름은 Rickettsia sennetsu) 또한 사람과 관련이 있지만, 감염경로는 완전히 알려지지 않았다. 코우드리아 루미난티움(Cowdria ruminantium)도 진드기가 매개체로 소·양·염소의 심수병(心水病)을 일으킨다. 네오리케차 헬민토이카(Neorickettsia helminthoeca)는 개과 동물에서 흡충류(吸蟲類)에 의한 리케차성 질병을 일으킨다.
이러한 질병원(疾病原)들에 대한 예방조치로는 매개체인 절지동물의 증식을 막거나 면역시키는 방법 등이 있다.
리케차성 질환에서 회복된 동물들은 오랫동안 면역이 지속된다. 인공면역은 면역시키기가 쉬운 티푸스와 반점열에 가장 효과적이다. 대부분의 리케차성 질환에 가장 효과적인 치료법은 테트라사이클린이나 클로람페니콜(테트라사이클린을 사용할 수 없을 경우에 사용)과 같은 다량의 항생제를 알맞은 시기에 오랜 기간에 걸쳐 적절히 투약하는 것이다.
리케차 |
매개절지동물 |
숙주척추동물 |
질병 |
리케차속(Rickettsia) | |||
발진티푸스군(群) | |||
발진티푸스 리케차(R. prowazekii)
발진열 리케차(R. typhi/mooseri) |
이
쥐벼룩 |
인간
집쥐 |
유행성발진티푸스 브릴-진서병 발진열 |
반점열군 | |||
반점열리케차(R. rickettsii) 지중해열 리케차(R. conoril) |
진드기 진드기 |
설치류 개 |
로키산홍반열 부톤네즈열 |
쓰쓰가무시병군 | |||
쓰쓰가무시병 리케차(R. tsutsugamushi) |
털진드기 |
설치류 |
쓰쓰가무시병 |
콕시엘라속(Coxiella) | |||
콕시엘라 부르네티(C. burnetii) |
공기 또는 접촉 |
가축류, 소형 포유류 |
Q열 |
로칼리마이아속(Rochalimaea) | |||
로칼리마이아 퀸타나(R. quintana) |
이 |
인간 |
참호열 |
6) 바이러스[virus]
살아 있는 동물·식물·미생물 세포에서만 증식할 수 있는, 크기가 작고 성분이 간단한 감염성 병원체(→ 기생).
가장 작은 세균의 크기가 약 400nm(나노미터, 1nm=10-9m)인 데 비해 바이러스는 지름이 20~250nm 정도로 매우 작다. 바이러스는 단백질 캡시드로 둘러싸여 있는 단일 또는 이중나선의 핵산 중심부로 구성되어 있다. 어떤 바이러스는 지방과 단백질로 이루어진 외피(外皮)로 싸여 있다. 바이러스의 유전자 집합체인 게놈(genome)을 운반하는 핵산 중심부는 DNA나 RNA로 구성된다. 핵산을 보호하는 캡시드는 바이러스로 하여금 적당한 숙주세포로 들어가게 해주는 분자들도 가지고 있다. 바이러스는 막대 모양이나 구형인 것도 있고, 다면체로 된 '머리'와 원통형의 '꼬리'로 구성된 복잡한 구조를 갖는 것도 있다.
바이러스는 핵산의 양, 크기, 캡시드의 모양, 지방단백질성 외피의 유무 등으로 분류되는데, 1차적으로 RNA 바이러스와 DNA 바이러스 2가지로 분류된다.
바이러스는 살아 있는 세포의 외부에서는 휴면입자로 존재하나 적당한 숙주세포 안으로 들어가면 새로운 바이러스를 생산하기 위해 숙주세포의 대사활동을 파괴할 수 있는 활성(活性)을 갖게 된다. 바이러스의 증식은 핵산 또는 단백질이 숙주에 들어가면서 시작된다. 세균성 바이러스는 세균의 표면에 흡착해 견고하게 달라붙는다. 그런 다음 세균의 단단한 세포벽을 관통해 바이러스의 핵산을 숙주세포로 옮긴다. 동물 바이러스는 동물세포의 엔도시토시스(endocytosis)라는 과정을 통해 숙주세포에 침투하지만, 식물 바이러스는 바람이나 곤충에 의해 생긴 상처난 세포벽을 통해 침투한다. 일단 숙주세포로 들어가면 바이러스의 게놈은 바이러스의 구성성분인 핵산과 단백질을 새로이 만들게 한다. 그러한 구성요소들은 다시 조립되어 완전한 비리온(단백질 캡시드로 싸인 핵산을 지닌 완전한 개체)이 되어 숙주세포로부터 나온다.
세균성 바이러스 또는 박테리오파지 중에는 새로 만들어진 비리온이 숙주세포가 터지면서 밖으로 나오는 것이 있는데, 이런 유형을 용균성(lytic) 감염이라 한다. 박테리오파지는 때로 용원성(lysogenic)이나 잠재성(temperate)이라 부르는 감염형태도 보인다. 용원성 감염에서는 바이러스 게놈이 숙주세포의 염색체와 안정된 결합을 해 세포분열 전에 숙주세포 염색체와 함께 복제된다. 이런 경우 비리온의 새로운 자손이 생성되지 않고 숙주를 감염시킨 바이러스는 사라진 것같이 보이지만, 실제로는 바이러스의 게놈이 원래의 숙주세포가 새로 분열할 때마다 함께 전달된다. 때때로 어떤 요인이 잠재 바이러스의 게놈으로 하여금 직접 바이러스를 복제하도록 유도해 숙주세포를 파괴하고 새로운 바이러스를 방출한다.
용원성 감염과 형질도입(形質導入) 현상은 밀접한 관계가 있다. 형질도입은 바이러스가 숙주세포(세균)의 유전자를 다른 세포로 옮기는 과정이다. 이는 숙주의 원래 유전자가 바이러스로 들어간 후 다른 세포를 감염시켜 발생한다. 만일 이 감염이 용균성이면 숙주의 원래 유전자는 새로운 숙주 유전자의 일부가 된다.
식물과 동물세포에 대한 바이러스 감염은 여러 가지 면에서 세균성 바이러스와 비슷하지만, 식물과 동물세포에서의 비리온 방출은 세균성 바이러스에서처럼 항상 숙주세포의 파괴를 동반하지는 않는다. 특히 동물성 바이러스 중에는 숙주세포를 죽이지 않고도 세포막에서 출아되는 것처럼 새로운 비리온이 방출되는 종류도 있다.
일반적으로 식물과 동물세포의 바이러스 감염은 다음 4가지 중 한 결과를 유발시킨다. 그 유형은 ① 바이러스가 숙주세포에서 휴면상태로 있는 불현성(不顯性), ② 숙주세포가 죽는 세포병리(細胞病理), ③ 죽기 전에 세포분열하도록 숙주를 자극하는 이상증식(異常增殖), ④ 세포가 분열해 비정상적인 형태의 성장을 일으키고 암세포가 되는, 세포의 형질전환(形質轉換) 등이다. 동물세포를 감염시킨 바이러스는 동물의 한 부분에 있거나 여러 곳에 산재되어 있다. 어떤 동물성 바이러스는 잠복감염을 일으키는데, 이런 바이러스는 단순포진 바이러스의 경우와 같이 잠복된 상태로 있다가 특정 시기(급성 에피소드)에 주기적으로 활성을 갖는다.
동물은 바이러스 감염에 대해 여러 가지 방법으로 반응한다. 발열이 일반적인 반응인데, 많은 바이러스는 숙주의 정상체온보다 약간 높은 온도에서는 활동성이 저하된다. 감염된 동물세포에서 인터페론이 분비되는 것도 또다른 일반적인 반응이다. 인터페론은 감염되지 않은 세포에서 바이러스 증식을 억제한다. 바이러스의 감염에 대한 일반적인 방어반응인 발열과 인터페론의 생성 이외에도 인간과 다른 척추동물들은 특정 바이러스에 대해 면역적으로도 공격할 수 있다. 면역체계는 항체와 감염된 바이러스를 중화하도록 꼭 맞게 맞추어진 감작세포(感作細胞)를 생산한다. 이러한 면역방어체는 바이러스가 중화된 후에도 오랫동안 몸을 순환하면서 바이러스의 재감염을 방지한다. 이러한 장기면역은 바이러스성 질병에 대한 능동면역의 기본이 된다. 능동면역은 약화되거나 활성이 없는 감염성 바이러스 균주를 몸에 투입하는 것인데, 이런 바이러스는 심한 병을 일으키지는 않으면서 면역세포와 항체를 생산하도록 자극해 뒤에 일어날 수 있는 독성 바이러스의 감염을 방지한다. 현재 능동면역은 홍역·볼거리·소아마비·풍진 등과 같은 바이러스성 질병에 대해 일반적으로 사용되고 있다. 반면에 수동면역은 이미 바이러스에 노출된 생물의 혈청 속에 있는 항체를 주입하는 것이다. 수동면역은 이미 홍역이나 간염과 같은 바이러스성 질병에 노출된 사람을 단기간 보호하는 데 사용된다. 이는 노출된 지 얼마 되지 않아 바이러스가 몸에 널리 퍼지기 전에만 효과가 있다. 이미 진행된 바이러스성 감염에 대한 치료는 특정한 증세를 일시적으로 완화시키는 수밖에는 없는데, 예를 들면 탈수를 막기 위해서 수액요법(水液療法)을 사용하거나, 열을 내리고 통증을 줄이기 위해서 아스피린을 사용하는 것 등이다. 감염성 바이러스를 직접적으로 퇴치하는 약은 거의 없다. 이는 바이러스가 증식하기 위해 살아 있는 세포를 이용하기 때문으로 바이러스의 증식을 억제하는 약은 숙주세포의 기능도 억제한다. 그러나 몇 가지 항(抗)바이러스 약들을 특정 감염에 대해 이용할 수 있다. 바이러스성 질병 억제의 가장 큰 성공은 역학적인 측면에서이다. 예를 들어 대규모로 능동면역을 실시하면 바이러스성 질병의 전파를 막을 수 있다. 세계적 규모의 면역은 한때 가장 두려운 질병의 하나였던 천연두의 근절로 신뢰를 받고 있다. 많은 바이러스들이 곤충이나 오염된 음식물을 통해 다른 숙주로 감염되기 때문에 곤충의 증식을 막고 위생적인 처리를 하는 것이 특정 집단의 바이러스 퇴치에 도움이 된다.
바이러스성 질병의 역사는 기원전 10세기 전으로 거슬러올라가지만, 바이러스의 개념은 몇몇 연구가들이 감염질환을 일으키는 세균보다 아주 작은 병원체라는 증거를 얻은 19세기말에 이르러서야 입증되었다. 바이러스의 존재는 박테리오파지가 1915년과 1917년에 각기 독립적으로 발견됨으로써 확인되었다. 바이러스가 실제로 매우 작은 세균과 비슷한 미생물인지는 1935년 담배모자이크병을 일으키는 바이러스를 분리해 결정화시킴으로써 해결되었다. 바이러스가 결정화될 수 있다는 사실은 바이러스가 세포성 생물이 아니라는 것을 증명했다. 게놈이 작고 또 많은 양을 실험실에서 만들 수 있기 때문에 박테리오파지는 분자생물학자들의 유용한 연구 도구이다. 박테리오파지의 연구는 유전자 재조합(재조합 DNA), 핵산의 복제, 단백질합성 등과 같은 기본적인 생물대사과정을 이해하는 데 도움을 준다.
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담배 모자이크 바이러스의 대략적 구조 |
T4 박테리오 파지의 일반적 구조와 박테리아에 침입하는 과정
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7) 토양 미생물
(1) 토양 생물이란?
토양 생물이란 토양 안에서 생애의 일부 혹은 전부를 보내는 생명체를 말한다. 한 줌의 토양 안에서는 대부분의 생물을 대표할 수 있는 수 십억의 생명체가 들어있는데, 토양 생물은 동물과 식물로 구분할 수 있다.
토양 동물군은 크기에 의해 대형동물군, 중형동물군, 그리고 미소동물군으로 분류한다. 물론 크기 외에도 식성과 생태학적 기능에 의해서 분류되지만, 크기에 의한 것이 기본이 되고 있다. 단어 의미상 대형하면 커다란 몸집이 연상되지만 여기서는 토양 안에 서식하는 생물을 의미하기 때문에 코끼리처럼 큰동물이 아님을 알아 둘 필요가 있다.
대형동물군은 폭이 2mm보다 큰 것이고, 중형동물군은 0.2~2mm인 것, 그리고 미소동물군은 0.2mm보다 작은 것이다. 대형동물군에는 두더지, 지렁이, 노래기가 있고, 중형동물군에는 톡토기와 진드기, 미소동물군에는 선충과 단세포 생물인 원생동물이 있다. 동물군의 작용은 세가지 방법에 의해 미소식물군(microflora)의 활성을 높인다. 첫째는 식물 잔사를 조각 내거나 나뭇잎의 저항성 왁스층을 파괴하여 세포내용물이 미생물에 의해 쉽게 이용될 수 있게 하며, 둘째로는 삼킨 식물 잔사가 동물의 소화기관 안에서 미생물과 혼합되는 것이다. 그리고 마지막으로는 동물의 배변작용 등에 의해 미생물이 이곳 저곳으로 옮겨져 분해할 새로운 먹이를 쉽게 찾을 수 있게 하는 것이다.
토양 식물군에는 고등 식물의 뿌리는 물론 현미경으로만 관찰할 수 있는 조그마한 미생물이 있다. 미소식물군에 속하는 미생물에는 사상균, 세균, 그리고 방선균이 있는 데 이들은 수, 양 그리고 대사 활성에서 다른 어느 생물보다 우세하다. 이와 같이 토양에는 다양한 생물이 서식하고 있지만, 토양활성에 중요한 영향을 주고 있는 것은 미소동물군과 미소식물군이다.
(2) 토양 미생물의 기능 및 역할
ⅰ>근권활동
식물의 뿌리는 여러 가지 많은 유기물질을 밖으로 분비하거나 근관(根冠) 및 세근(細根)이 탈락되어 새로운 유기물이 되며 이러한 물질은 다른 생물의 먹이가 되어 뿌리 가까이에 강력한 생물학적 활동의 영역 즉 근권(根圈)을 형성한다. 근권 안에는 여러 종류의 생물이 살며 세균에게 가장 이로운 환경이고 그의 집락(集落)은 뿌리를 감싸 연속적인 막을 형성하게 된다.
이러한 미생물의 활동은 뿌리의 양분흡수를 촉진하거나 뿌리의 신장생장을 촉진하며 뿌리의 효소활성을 높이는 효과를 보인다.
ⅱ>유기물의 분해
미생물에 의한 유기물의 분해는 불필요한 유기물의 집적을 방지하거나 무기화작용에 의하여 유리되는 양분이 식물에게 이용될 수 있는 것이다. 또한 점성의 분해중간물은 토양입단의 안정성을 높이며 저항성 부식물의 양을 늘리게 된다.
유기물의 분해에서 생기는 유기 및 무기산(질산, 황산, 탄산)은 석회석과 같은 암석이나 인산, 철, 망간과 같은 유효도를 높이게 된다.
ⅲ>무기물의 변화
토양 중에 암모늄화합물과 질산염이 생기는 것은 단백질과 다른 질소화합물에서 유래된 것이며, 여러 단계의 생화학적인 반응에 의한 것이다.
암모니아와 질산은 식물에게 흡수, 이용되는 양분이기 때문에 절대 필요한 것이다. 황산염의 생성도 유기황화합물이 생화학적인 분해, 변환작용으로 이루어지며, 작물에게 흡수된다. 황에 대한 식물과 미생물 사이의 경쟁은 질소의 경우보다는 심하지 않기 때문에 경쟁에 의한 황결핍현상은 잘 일어나지 않는다.
또 다른 무기성분의 변화는 토양환경의 변화와 미생물의 활동으로 화학적 형태가 바뀌는 것이다. Fe과 Mn은 배수가 잘 되고 산화적 상태에 있게 되면 자양성 미생물에 의하여 산화되어 약한 산성 내지 중성 가까운 pH에서는 용해도가 매우 낮아 Fe, Mn의 과잉에 의한 독성이 나타나지 않게 된다
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