시드니 대학교 제공

흰개미Termites는 지구상에서 가장 성공적인 동물 중 하나로, 수백만 마리에 달하는 거대한 사회를 형성한다.

하지만 오늘날의 바퀴벌레와 매우 비슷하게 생긴 고독한 조상으로부터 어떻게 이처럼 복잡한 사회 체계가 진화했을까?

흰개미는 어떻게 바퀴벌레에서 진화했을까?

시드니 대학교의 새로운 연구는 놀라운 해답을 밝혀냈다.

흰개미는 새로운 유전자를 획득함으로써 사회적으로 더 복잡해진 것이 아니라, 오히려 정자 경쟁과 관련된 유전자를 포함한 기존 유전자를 잃음으로써 더 복잡해졌다는 것이다.

이번 연구 결과는 일부일처제가 복잡한 곤충 사회의 진화에 필수적인지 여부에 대한 오랜 질문에 새로운 시각을 제시한다.

과학 저널 사이언스에 발표된 이 국제 연구는 흰개미의 진화를 일반 바퀴벌레, 즉 현대의 “집바퀴벌레” 조상까지 거슬러 올라가 추적한다.

이 바퀴벌레들은 죽은 나무를 먹기 시작했다.

이러한 식성 변화는 일련의 유전적, 사회적 변화를 촉발했고, 결국 흰개미와 그들의 고도로 조직화된 군집을 탄생시켰다.

이번 연구는 중국, 덴마크, 콜롬비아 연구진과의 국제 공동 연구로 진행되었다.

시드니 대학교 생명환경과학부 네이선 로Nathan Lo 교수는 “흰개미는 나무를 먹고 사는 바퀴벌레 조상으로부터 진화했다”고 말하며, 이번 논문 책임 저자로 참여했다.

“이번 연구는 흰개미가 질이 낮은 먹이에 특화하면서 DNA가 어떻게 변화했는지, 그리고 사회성 곤충으로 진화하면서 다시 한 번 어떻게 변화했는지를 보여줍니다.”

유전적 단순화와 사회적 복잡성

연구진은 이러한 변화를 밝히기 위해 바퀴벌레, 작은 가족 단위로 생활하는 가까운 친척인 나무바퀴벌레woodroaches, 그리고 사회적 복잡성 수준이 다른 여러 흰개미 종의 고품질 게놈을 시퀀싱하고 비교했다.

가장 주목할 만한 발견 중 하나는 흰개미와 나무바퀴벌레의 게놈이 바퀴벌레의 게놈보다 작고 단순하다는 점이다.

흰개미가 군집 내 협력과 먹이 공유에 점점 더 의존하게 되면서 신진대사, 소화, 번식과 관련된 많은 유전자가 소실되었다.

“놀라운 결과는 흰개미가 유전적 복잡성을 잃으면서 사회적 복잡성을 증가시켰다는 것”이라고 로 교수는 말했다.

“이는 복잡한 동물 사회일수록 더 복잡한 유전체가 필요하다는 일반적인 통념에 반하는 것입니다.”

가장 중요한 손실은 정자의 꼬리, 즉 편모flagellum를 만드는 데 관여하는 유전자였다.

바퀴벌레와 대부분 다른 동물과는 달리 흰개미 정자는 꼬리가 없고 운동성이 없다.

“이러한 손실이 일부일처제monogamy를 유발하는 것은 아니다”고 로 교수는 말했다.

“오히려 이는 일부일처제가 이미 진화했음을 강력하게 시사하는 증거입니다.”

흰개미 사회에서 일부일처제의 역할

바퀴벌레를 포함한 대부분의 동물에서 암컷은 여러 수컷과 짝짓기를 한다.

이로 인해 정자 경쟁이 치열해지고, 꼬리가 있는 빠르게 헤엄치는 정자가 유리해진다.

그러나 흰개미 조상이 일부일처제가 되면서 정자 경쟁이 사라졌고, 정자 꼬리는 더 이상 필요하지 않게 되었다.

“우리의 연구 결과는 흰개미 조상이 엄격한 일부일처제였음을 시사한다”고 로 교수는 말했다.

“일부일처제가 확립되면서 정자 운동성에 관여하는 유전자를 유지해야 할 진화적 압력은 더 이상 존재하지 않게 되었습니다.”

이 연구 결과는 복잡한 사회 시스템의 진화에 유전적 근연도close genetic relatedness가 필수적인지에 대한 오랜 과학적 논쟁에 중요한 시사점을 제공한다.

일부 연구자는 높은 근연도가 필수적이지 않다고 주장했다.

그러나 이 연구는 적어도 흰개미의 경우, 일부일처제와 높은 근연도가 매우 중요했음을 시사한다.

군집 내 노동과 권력 분담 방식

이 연구는 또한 흰개미 사회가 내부적으로 어떻게 조직되는지를 설명한다.

실험 결과, 어린 흰개미가 일개미가 될지, 아니면 미래의 왕이나 여왕이 될지는 초기 발달 단계의 영양 상태에 크게 좌우되는 것으로 나타났다.

형제자매로부터 풍부한 먹이를 공급받은 유충은 높은 에너지 대사율을 발달시켜 번식하지 않는 일개미가 된다.

반면 먹이를 적게 공급받은 유충은 처음에는 성장이 느리지만, 나중에 번식 능력을 갖춘 왕이나 여왕이 될 잠재력을 유지한다.

로 교수는 “이러한 먹이 공유 피드백 루프를 통해 군집은 노동력을 효율적으로 관리할 수 있다”라며, “이러한 시스템은 흰개미가 오랜 기간 동안 안정적이고 효율적인 사회를 유지하는 비결을 설명해 준다”고 말했다.

흰개미 왕이나 여왕이 죽더라도 일부일처제는 끝나지 않는다.

대신, 그 역할은 대개 그들의 자손 중 하나가 맡게 되어, 군집 내에서 근친교배가 만연하게 된다.
“진화론적 관점에서 볼 때, 이는 근연성relatedness을 더욱 강화합니다.”

시드니 대학교 생명환경과학대학의 역동적이고 성장하는 곤충 연구 그룹 일원인 로 교수는 이렇게 말했다.

사회적 진화에 대한 새로운 시각

유전체학, 생리학, 행동을 결합한 이번 연구는 흰개미가 어떻게 단독 생활을 하던 바퀴벌레 조상에서 지구상에서 가장 사회적으로 복잡한 생물 중 하나로 진화했는지에 대한 가장 포괄적인 설명 중 하나를 제시한다.

“이번 연구는 사회적 진화를 이해하는 것이 단순히 새로운 형질을 추가하는 것만이 아니라는 것을 보여줍니다.”

로 교수 말이다.

“때로는 진화가 무엇을 포기하기로 선택하는지에 대한 것이기도 합니다.”

Publication details
Yingying Cui et al, Nutritional specialization and social evolution in woodroaches and termites, Science (2026). DOI: 10.1126/science.adt2178. www.science.org/doi/10.1126/science.adt2178

Journal information: Science