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영농성공사례
16-08-24 고품질 농사를 위한 발효농법 기술 - 제 4편 1부 미생물이란 어떤 생물인가
4편, 5편은 원예기술정보 소식지에 수록된 FM애그텍 대표 정현석 농학박사의 집필 자료입니다.
이론적인 측면에서 미생물에 대해 자세히 알고자 하시는 농민분들은 참고하시어 미생물에 대한 많은 정보 얻고 가시길 바랍니다.
미생물이란 어떤 생물인가 1부
미생물의 탄생
우리가 살고 있는 지구는 약 46억 년 전에 탄생하였다고 한다. 처음에는 불덩어리였던 지구가 점점 식어 표면이 약 300℃가 되었을 때, 갑자기 수증기가 폭우로 되어 계속 퍼부어 바다가 만들어졌다. 지구에는 아직 산소가 없었고, 바다는 마그마에서 나오는 황과 철 등을 포함한 강산성의 뜨거운 물이었다. 그 바다에서 화학반응에 의해 아미노산과 핵산 등의 유기물이 조금씩 합성되어 유기물은 기름방울처럼 모이고 농축되기 시작하였다.
그 결과 드디어 이 기름방울 같은 유기물에서 최초의 생명이 탄생하였다. 약 40억 년 전의 일이다. 최초의 생명체는 계속 늘어나 바다에 축적되어 있던 유기물을 먹어 치우기 시작하였다. 생명체가 지구상에 탄생하고 나서 얼마 되지 않아 위기를 맞게 되었다.
이 위기를 극복하게 된 것은 바다에 녹아있는 황 등의 무기물을 이용하여 에너지를 획득하고, 이산화탄소의 탄소를 이용하여 유기물을 합성할 수 있는 세균의 출현이었다. 산소가 없는 혐기적 조건에서 활약한 이 세균의 자손은 지금도 깊은 바다 속의 마그마 분출구나 온천 열탕 가운데 남아 있다. 지구상에 최초로 탄생했던 이 혐기성 세균은 계속 진화해 왔다.
35억 년 전이 되면서 광에너지를 이용하여 광합성을 하고, 이산화탄소에서 유기물을 합성하여 산소가스를 방출하는 세균이 출현하였다. 이 종류의 세균의 하나가 남조류이다. 남조류의 균체와 모래의 혼합물이 화석으로 변하여 남아 있는 것이 있다. 이 화석은 35억 년 전의 것도 있다.
산소가 출현하므로써 바다는 변했다. 물에 대량으로 녹아 있던 철이 산소와 결합하여 침전하게 되었다. 우리가 철광산에서 캐내어 이용하고 있는 철은 이 시기에 만들어진 것이다. 또 유독한 금속과 황이 산소와 결합하여 침전하였다. 그 덕분에 생명이 살 수 있는 환경은 느리지만 개선되었다.
19억 년 전이 되어 해감 같은 미소조류(微小藻類), 아메바, 곰팡이 등의 진핵생물이 출현하였다. 이때까지 살고 있던 세균에는 핵이 없고 유전정보를 수록한 DNA도 짧았다. 이에 대해 진핵생물은 다량의 유전정보를 수록한 긴 DNA를 가지고 있으며 또 DNA를 수록한 특별한 기관(핵)을 갖게 되었다.
그리고 10억 년 전에 대형조류(大型藻類)가 출현하고 여기에서 더 복잡한 식물과 동물이 진화하게 되었다. 4억 년 전이 되어 지금까지 생명체가 전혀 없었던 육지로 드디어 생물들이 상륙하기 시작하였다.
미생물의 탄생으로 변하게 된 지구
광 에너지를 이용하는 광합성 미생물이 출현한 것은 지구의 역사에서 획기적인 일이었다. 광 에너지를 이용하는 과정에서 산소가스가 방출되었기 때문이다.
산소가스는 생물 자체에도 혁명을 초래했다. 산소가 없는 조건에서 작용하는 혐기성 세균은 유기물을 산소가 없는 조건에서 분해하여 에너지를 획득한다. 즉 이것이 발효(醱酵)이다.(주) 그런데 산소가 출현하면서 상황이 달라졌다. 산소를 사용하여
유기물을 분해하는 호흡을 할 수 있게 된 것이다. 이 호흡 과정을 통하면 같은 양의 유기물을 이용하여 발효에 비해 20배나 되는 에너지를 끌어낼 수 있게 된다. 산소가 출현하므로써 생물의 에너지 효율이 높아지게 되었고 그 후 고등동식물이 출현하는 조건의 하나가 만들어진 것이다.
㈜ 퇴비화 과증의 발효라는 개념은 유기물을 혐기적 조건에서 분해하는 것을 말하는데, 많은 사람들은 퇴비화 과정에서 호기성 미생물에 의한 발열 과정을 거치는 것을 발효라고 잘못 알고 있다. 호기성 미생물을 이용하여 발열 과정을 거치게 되면 많은 에너지가 발생하는데 이것은 결국 유기물의 에너지 손실이 되어 버리므로 퇴비라는 측면에서는 엄청 난 손실이라 할 수 있다.
산소가 출현하므로써 지구의 환경도 바뀌게 되었다. 바다에 녹아 있던 유해 금속을 다량으로 침전시킨 것만이 아니었다. 산소 가스는 공중으로 올라와 오존으로 변화하여 강렬한 자외선을 흡수하게 되었다. 상공에 오존층이 만들어지므로써 지표에 도달하는 자외선이 감소되었다. 만일 오존층이 만들어지지 않았다면 강렬한 자외선을 흡수하는 것은 물 뿐이므로 생물은 지금도 물속에서만 살고 있을 것이다. 산소의 출현은 생물이 육지로 상륙할 수 있게 한 조건의 하나였던 것이다. 산소를 방출하는 미생물의 출현은 푸른 지구 출현의 원동력이 되었다. 그 작용은 지금도 계속되고 있는 웅장한 드라마라 할 수 있다.
그렇지만 산소를 만드는, 즉 광과 이산화탄소를 이용하여 산소를 배출하는 광합성이라는 점에만 한정해 보면, 현재는 그 후에 진화한 고등식물이 주역이 되어 있고 광합성 미생물의 역할은 지구 전체로 보면 상대적으로 감소하였다. 그러나 바다의 광합성량은 지구 전체의 ⅓~½ 을 점하고 있으며, 바다에서는 지금도 미생물이 광합성의 주역이다.
한편 육지에서는 식물이 광합성의 주역이 되고 미생물은 식물이 광합성을 하여 만든 유기물을 분해하여 증식하고, 분해 산물을 무기물로 방출하여 식물의 재생산을 돕는 조역에 그치게 되었다. 조역이라고 하지만 만약 미생물의 작용이 없다면 물질의 순환이 일어나지 않아 식물도 살아갈 수 없게 된다.
육지 식물의 생장을 눈에 보이지 않게 지탱하고 있는 것이 토양 미생물이다. 지금 토양중에 있는 미생물은 해저의 융기와 더불어 바다에서 육지로 올라온 미생물의 자손이거나, 식물과 함께 육지로 올라온 미생물의 자손이다. 토양에는 생물의 진화로 만들어진 다양한 미생물의 자손이 거의 모두 공존하면서 활약하고 있는 것이다.
진화가 만들어낸 다양한 미생물
원시의 바다에 탄생한 최초의 생명체를 지탱한 것은 오랜 시간을 걸쳐 조금씩 화학적으로 합성된 유기물이었다. 생명체가 증가하면서 합성된 유기물은 고갈되어, 최초의 생명체는 중대한 위기를 맞게 되었다.
이 위기를 돌파한 것이 무기물 황을 산화하여 에너지를 획득하고, 이산화탄소를 고정하여 스스로 유기물을 합성할 수 잇게 된 화학무기영양세균(化學無機榮養細菌)의 선조이다. 이어서 등장한 것이 광에너지를 이용하여 이산화탄소를 고정하는 광무기영양세균(光無機榮養細菌)의 선조이다. 이 두 종류의 미생물은 모두 혐기성 미생물이었다. 이 가운데서 남조류의 선조가 탄생하였다. 광에너지를 이용하여 우선 물을 분해하고, 분해된 수소를 에너지 합성에 이용하고 남은 산소를 가스로 방출하였다. 이렇게 하여 호기성 미생물이 출현하게 된다.
이 남조류의 선조는 더 진화하여 핵을 가진 황금조(黃金藻)와 같은 미소조류(微小藻類)로 되었다. 미소조류는 서로 연결되거나 어느 때는 다른 큰 세포 속에 들어가 스스로 엽록체가 되어 세포의 일부로 변화된 것도 있었다. 이렇게 세포가 복잡해지면서 드디어 고등식물이 출현하였다.
한편 원시적인 미소조류가 많이 번무하는 시대가 되면 광합성으로 스스로 유기물을 만들지 않아도 미소조류의 시체나 살아있는 미소조류를 먹어 유기물을 획득할 수 있는 곰팡이나 아메바와 같은 원생동물이 탄생하고 이 원생동물은 뒤에 동물로 진화하게 되었다.
생물 진화의 계통도에서 세균과 세균의 일종인 남조류는 모넬라(단순세포생물)로 불리는 그룹으로 핵을 갖지 않은 원핵생물로 불린다. 그 다음이 프로피스타(원생생물)로 불리는 그룹으로 미소조류나 아메바와 같은 원생동물이 들어간다. 이 그룹부터 세포에 핵이 있다. 모넬라 프로피스타, 균류에 들어가는 미소한 생물, 즉 세균, 미소조류, 원생동물, 곰팡이를 미생물이라고 부르고 있다. 미생물의 공통점은 미소한 단세포 생물이라는 것뿐이고 그 성질은 서로 크게 다르고 종류도 아주 다양하다.
세균 등 원핵 미생물의 몸
세균과 남조류 몸의 기본 구조는 단순하다. 바깥쪽은 다당류를 주성분으로 하는 단단한 세포벽으로 둘러싸여 있다. 그 안쪽에 단백질로 된 유연한 세포막이 있다. 세포막의 일부는 안쪽으로 주름 모양으로 접혀져있다.
유전자가 있는 염색체는 세포증에 노출된 상태로 들어 있다. 보통 생물의 염색체는 아버지쪽과 어머니쪽 양쪽에서 전해진 두 개의 DNA가 얽혀진 실처럼 되어있는데 세균이나 남조에서는 DNA하나뿐이다. 그 때문에 유전적 변화가 일어나면 또 다른 하나의 DNA 유전자의 영향이 없으므로 바로 변종이 출현하게 된다.
미생물의 크기는 미크론으로 표시된다(1미크론은 천분의 1밀리미터). 세균은 직경 0.5미크론의 둥근 것에서 길이가 10미크론이고 굵기가 2미크론인 막대기형이 있다. 남조류는 큰 것이라도 길이 55미크론, 직경 12미크론 정도이다. 세균의 세포는 하나하나 떨어져있는 것이 많은데(몇 개가 연결되어 있는 것도 있다) 남조류는 보통 염주와 같이 둥근세포가 연결되어 긴 실처럼 보이며, 논에 파랗게 둥둥 떠 있는 경우가 많다. 세균이나 남조류는 세포의 성분을 배로 늘려 일단 커지고 나서 두 개로 분열하는 단순한 증식 방법을 기본으로 하고 있다.
일부 세균은 포자를 갖는다. 세균의 경우는 원칙적으로 하나의 세포에서 하나의 포자밖에 만들지 않는다. 세균의 포자는 자손을 늘리기 위해서가 아니라 불리한 환경 조건에서 스스로를 지키기 위한 것이다. 포자를 만드는 세균은 바실루스균(납두균종류)이나 클로스트리듐균(파상풍균 종류)에 한정되어 있다. 포자로 되면 100도의 열탕 가운데서도 직지 않고 바싹마른 건조상태에서도 몇 년이나 생명을 지속한다. 단 포자가 발아하여 보통 세포가 되면 특수한 세균을 제외하고 50도의 탕에서 10분간만 침지하면 죽어버린다. 건조 상태에서도 살지 못한다.
- 다음편은 미생물이란 어떤 생물인가 2부로 이어집니다.-
이론적인 측면에서 미생물에 대해 자세히 알고자 하시는 농민분들은 참고하시어 미생물에 대한 많은 정보 얻고 가시길 바랍니다.
미생물이란 어떤 생물인가 1부
미생물의 탄생
우리가 살고 있는 지구는 약 46억 년 전에 탄생하였다고 한다. 처음에는 불덩어리였던 지구가 점점 식어 표면이 약 300℃가 되었을 때, 갑자기 수증기가 폭우로 되어 계속 퍼부어 바다가 만들어졌다. 지구에는 아직 산소가 없었고, 바다는 마그마에서 나오는 황과 철 등을 포함한 강산성의 뜨거운 물이었다. 그 바다에서 화학반응에 의해 아미노산과 핵산 등의 유기물이 조금씩 합성되어 유기물은 기름방울처럼 모이고 농축되기 시작하였다.
그 결과 드디어 이 기름방울 같은 유기물에서 최초의 생명이 탄생하였다. 약 40억 년 전의 일이다. 최초의 생명체는 계속 늘어나 바다에 축적되어 있던 유기물을 먹어 치우기 시작하였다. 생명체가 지구상에 탄생하고 나서 얼마 되지 않아 위기를 맞게 되었다.
이 위기를 극복하게 된 것은 바다에 녹아있는 황 등의 무기물을 이용하여 에너지를 획득하고, 이산화탄소의 탄소를 이용하여 유기물을 합성할 수 있는 세균의 출현이었다. 산소가 없는 혐기적 조건에서 활약한 이 세균의 자손은 지금도 깊은 바다 속의 마그마 분출구나 온천 열탕 가운데 남아 있다. 지구상에 최초로 탄생했던 이 혐기성 세균은 계속 진화해 왔다.
35억 년 전이 되면서 광에너지를 이용하여 광합성을 하고, 이산화탄소에서 유기물을 합성하여 산소가스를 방출하는 세균이 출현하였다. 이 종류의 세균의 하나가 남조류이다. 남조류의 균체와 모래의 혼합물이 화석으로 변하여 남아 있는 것이 있다. 이 화석은 35억 년 전의 것도 있다.
산소가 출현하므로써 바다는 변했다. 물에 대량으로 녹아 있던 철이 산소와 결합하여 침전하게 되었다. 우리가 철광산에서 캐내어 이용하고 있는 철은 이 시기에 만들어진 것이다. 또 유독한 금속과 황이 산소와 결합하여 침전하였다. 그 덕분에 생명이 살 수 있는 환경은 느리지만 개선되었다.
19억 년 전이 되어 해감 같은 미소조류(微小藻類), 아메바, 곰팡이 등의 진핵생물이 출현하였다. 이때까지 살고 있던 세균에는 핵이 없고 유전정보를 수록한 DNA도 짧았다. 이에 대해 진핵생물은 다량의 유전정보를 수록한 긴 DNA를 가지고 있으며 또 DNA를 수록한 특별한 기관(핵)을 갖게 되었다.
그리고 10억 년 전에 대형조류(大型藻類)가 출현하고 여기에서 더 복잡한 식물과 동물이 진화하게 되었다. 4억 년 전이 되어 지금까지 생명체가 전혀 없었던 육지로 드디어 생물들이 상륙하기 시작하였다.
미생물의 탄생으로 변하게 된 지구
광 에너지를 이용하는 광합성 미생물이 출현한 것은 지구의 역사에서 획기적인 일이었다. 광 에너지를 이용하는 과정에서 산소가스가 방출되었기 때문이다.
산소가스는 생물 자체에도 혁명을 초래했다. 산소가 없는 조건에서 작용하는 혐기성 세균은 유기물을 산소가 없는 조건에서 분해하여 에너지를 획득한다. 즉 이것이 발효(醱酵)이다.(주) 그런데 산소가 출현하면서 상황이 달라졌다. 산소를 사용하여
유기물을 분해하는 호흡을 할 수 있게 된 것이다. 이 호흡 과정을 통하면 같은 양의 유기물을 이용하여 발효에 비해 20배나 되는 에너지를 끌어낼 수 있게 된다. 산소가 출현하므로써 생물의 에너지 효율이 높아지게 되었고 그 후 고등동식물이 출현하는 조건의 하나가 만들어진 것이다.
㈜ 퇴비화 과증의 발효라는 개념은 유기물을 혐기적 조건에서 분해하는 것을 말하는데, 많은 사람들은 퇴비화 과정에서 호기성 미생물에 의한 발열 과정을 거치는 것을 발효라고 잘못 알고 있다. 호기성 미생물을 이용하여 발열 과정을 거치게 되면 많은 에너지가 발생하는데 이것은 결국 유기물의 에너지 손실이 되어 버리므로 퇴비라는 측면에서는 엄청 난 손실이라 할 수 있다.
산소가 출현하므로써 지구의 환경도 바뀌게 되었다. 바다에 녹아 있던 유해 금속을 다량으로 침전시킨 것만이 아니었다. 산소 가스는 공중으로 올라와 오존으로 변화하여 강렬한 자외선을 흡수하게 되었다. 상공에 오존층이 만들어지므로써 지표에 도달하는 자외선이 감소되었다. 만일 오존층이 만들어지지 않았다면 강렬한 자외선을 흡수하는 것은 물 뿐이므로 생물은 지금도 물속에서만 살고 있을 것이다. 산소의 출현은 생물이 육지로 상륙할 수 있게 한 조건의 하나였던 것이다. 산소를 방출하는 미생물의 출현은 푸른 지구 출현의 원동력이 되었다. 그 작용은 지금도 계속되고 있는 웅장한 드라마라 할 수 있다.
그렇지만 산소를 만드는, 즉 광과 이산화탄소를 이용하여 산소를 배출하는 광합성이라는 점에만 한정해 보면, 현재는 그 후에 진화한 고등식물이 주역이 되어 있고 광합성 미생물의 역할은 지구 전체로 보면 상대적으로 감소하였다. 그러나 바다의 광합성량은 지구 전체의 ⅓~½ 을 점하고 있으며, 바다에서는 지금도 미생물이 광합성의 주역이다.
한편 육지에서는 식물이 광합성의 주역이 되고 미생물은 식물이 광합성을 하여 만든 유기물을 분해하여 증식하고, 분해 산물을 무기물로 방출하여 식물의 재생산을 돕는 조역에 그치게 되었다. 조역이라고 하지만 만약 미생물의 작용이 없다면 물질의 순환이 일어나지 않아 식물도 살아갈 수 없게 된다.
육지 식물의 생장을 눈에 보이지 않게 지탱하고 있는 것이 토양 미생물이다. 지금 토양중에 있는 미생물은 해저의 융기와 더불어 바다에서 육지로 올라온 미생물의 자손이거나, 식물과 함께 육지로 올라온 미생물의 자손이다. 토양에는 생물의 진화로 만들어진 다양한 미생물의 자손이 거의 모두 공존하면서 활약하고 있는 것이다.
진화가 만들어낸 다양한 미생물
원시의 바다에 탄생한 최초의 생명체를 지탱한 것은 오랜 시간을 걸쳐 조금씩 화학적으로 합성된 유기물이었다. 생명체가 증가하면서 합성된 유기물은 고갈되어, 최초의 생명체는 중대한 위기를 맞게 되었다.
이 위기를 돌파한 것이 무기물 황을 산화하여 에너지를 획득하고, 이산화탄소를 고정하여 스스로 유기물을 합성할 수 잇게 된 화학무기영양세균(化學無機榮養細菌)의 선조이다. 이어서 등장한 것이 광에너지를 이용하여 이산화탄소를 고정하는 광무기영양세균(光無機榮養細菌)의 선조이다. 이 두 종류의 미생물은 모두 혐기성 미생물이었다. 이 가운데서 남조류의 선조가 탄생하였다. 광에너지를 이용하여 우선 물을 분해하고, 분해된 수소를 에너지 합성에 이용하고 남은 산소를 가스로 방출하였다. 이렇게 하여 호기성 미생물이 출현하게 된다.
이 남조류의 선조는 더 진화하여 핵을 가진 황금조(黃金藻)와 같은 미소조류(微小藻類)로 되었다. 미소조류는 서로 연결되거나 어느 때는 다른 큰 세포 속에 들어가 스스로 엽록체가 되어 세포의 일부로 변화된 것도 있었다. 이렇게 세포가 복잡해지면서 드디어 고등식물이 출현하였다.
한편 원시적인 미소조류가 많이 번무하는 시대가 되면 광합성으로 스스로 유기물을 만들지 않아도 미소조류의 시체나 살아있는 미소조류를 먹어 유기물을 획득할 수 있는 곰팡이나 아메바와 같은 원생동물이 탄생하고 이 원생동물은 뒤에 동물로 진화하게 되었다.
생물 진화의 계통도에서 세균과 세균의 일종인 남조류는 모넬라(단순세포생물)로 불리는 그룹으로 핵을 갖지 않은 원핵생물로 불린다. 그 다음이 프로피스타(원생생물)로 불리는 그룹으로 미소조류나 아메바와 같은 원생동물이 들어간다. 이 그룹부터 세포에 핵이 있다. 모넬라 프로피스타, 균류에 들어가는 미소한 생물, 즉 세균, 미소조류, 원생동물, 곰팡이를 미생물이라고 부르고 있다. 미생물의 공통점은 미소한 단세포 생물이라는 것뿐이고 그 성질은 서로 크게 다르고 종류도 아주 다양하다.
세균 등 원핵 미생물의 몸
세균과 남조류 몸의 기본 구조는 단순하다. 바깥쪽은 다당류를 주성분으로 하는 단단한 세포벽으로 둘러싸여 있다. 그 안쪽에 단백질로 된 유연한 세포막이 있다. 세포막의 일부는 안쪽으로 주름 모양으로 접혀져있다.
유전자가 있는 염색체는 세포증에 노출된 상태로 들어 있다. 보통 생물의 염색체는 아버지쪽과 어머니쪽 양쪽에서 전해진 두 개의 DNA가 얽혀진 실처럼 되어있는데 세균이나 남조에서는 DNA하나뿐이다. 그 때문에 유전적 변화가 일어나면 또 다른 하나의 DNA 유전자의 영향이 없으므로 바로 변종이 출현하게 된다.
미생물의 크기는 미크론으로 표시된다(1미크론은 천분의 1밀리미터). 세균은 직경 0.5미크론의 둥근 것에서 길이가 10미크론이고 굵기가 2미크론인 막대기형이 있다. 남조류는 큰 것이라도 길이 55미크론, 직경 12미크론 정도이다. 세균의 세포는 하나하나 떨어져있는 것이 많은데(몇 개가 연결되어 있는 것도 있다) 남조류는 보통 염주와 같이 둥근세포가 연결되어 긴 실처럼 보이며, 논에 파랗게 둥둥 떠 있는 경우가 많다. 세균이나 남조류는 세포의 성분을 배로 늘려 일단 커지고 나서 두 개로 분열하는 단순한 증식 방법을 기본으로 하고 있다.
일부 세균은 포자를 갖는다. 세균의 경우는 원칙적으로 하나의 세포에서 하나의 포자밖에 만들지 않는다. 세균의 포자는 자손을 늘리기 위해서가 아니라 불리한 환경 조건에서 스스로를 지키기 위한 것이다. 포자를 만드는 세균은 바실루스균(납두균종류)이나 클로스트리듐균(파상풍균 종류)에 한정되어 있다. 포자로 되면 100도의 열탕 가운데서도 직지 않고 바싹마른 건조상태에서도 몇 년이나 생명을 지속한다. 단 포자가 발아하여 보통 세포가 되면 특수한 세균을 제외하고 50도의 탕에서 10분간만 침지하면 죽어버린다. 건조 상태에서도 살지 못한다.
- 다음편은 미생물이란 어떤 생물인가 2부로 이어집니다.-
FM AGTECH
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2016-08-24 09:37
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