찰스 다윈이 1875년에 남긴 추측 하나가 150년 만에 실험으로 뒷받침됐다. 네이처 커뮤니케이션스에 발표된 연구에서 연구진은 범의귀속(Saxifraga) 식물인 사크시프라가 칸델라브룸(Saxifraga candelabrum)이 곤충을 유인하고 붙잡아 소화하며, 그로부터 질소를 흡수한다는 사실을 확인했다. 식물학에서 하나의 종을 '식충식물'로 공식 분류하려면 단순히 벌레가 잘 달라붙는 것으로는 부족하다. 먹이를 유인·포획하고, 소화하며, 그 영양분을 실제로 흡수하는 적응 형질을 모두 갖춰야 한다. 다윈은 범의귀속 일부 종의 끈적한 샘털(glandular hairs)이 곤충을 가두는 것을 보고 식충성을 의심했지만, 그동안 결정적 증거는 나오지 않았다.
세 단계로 쪼갠 증명
이번 연구가 주목받는 이유는 결론 자체보다 그것을 끌어낸 방식에 있다. 중국 칭하이-티베트 고원과 헝돤산맥의 고산지대에 자라는 이 식물을 두고, 한 쑹(Hang Sun) 연구진은 '식충식물 분류의 세 가지 요건'을 각각 독립된 방법으로 확인했다. 먼저 현장 관찰과 기존 표본 조사에서 샘털에 곤충 먹이가 붙어 있는지를 세어봤다. 조사한 45개 표본 가운데 43개에서 포획된 곤충이 확인됐고, 성숙한 개체는 평균 71마리의 곤충을 붙잡고 있었으며 대부분이 샘털에 집중돼 있었다. 유인·포획 단계는 이렇게 정량적으로 뒷받침됐다.
소화와 흡수는 눈으로 세는 것으로는 증명되지 않는다. 연구진은 식충식물에서 흔히 발견되는 소화 효소인 포스파타아제(phosphatase)의 활성을 형광 표지로 가시화해 소화 능력의 근거를 확보했다. 이어 흡수를 확인하기 위해 안정 동위원소 형태의 질소로 표지한 초파리(Drosophila)를 먹이로 주고, 식물 조직 내 표지 질소가 늘어나는지를 추적했다. 그 결과 문제의 범의귀와 비교군으로 둔 다른 식충식물에서는 표지 질소가 뚜렷하게 증가한 반면, 비식충성 대조군에서는 그런 변화가 나타나지 않았다.
독립적으로 진화한 식충성
마지막 축은 유전체 분석이다. 연구진은 이 종의 유전체에서 먹이 유인, 소화, 영양분 흡수와 연관된 유전자들이 다른 식충식물들과 유사하다는 점을 찾아냈다. 흥미로운 대목은 이들 식충식물이 서로 다른 계통에서 독립적으로 진화했다는 점이다. 전혀 다른 조상을 가진 식물들이 비슷한 유전적 해법에 도달했다는 것은, 곤충 포식이라는 전략이 척박한 고산 환경에서 수렴 진화로 반복해 등장했음을 시사한다. 질소가 부족한 고산 토양에서 벌레를 영양 공급원으로 삼는 적응은 그만큼 강한 선택압을 받았을 수 있다.
연구 방법론 자체는 실무자에게도 시사점이 있다. 하나의 가설을 '현장 계수-효소 영상화-동위원소 추적-유전체 비교'라는 성격이 전혀 다른 네 증거로 교차 검증한 구조이기 때문이다. 어느 한 방법만으로는 '벌레가 우연히 붙었을 뿐'이라거나 '소화 효소가 다른 용도일 수 있다'는 반론을 막기 어렵다. 서로 독립적인 측정이 같은 결론을 가리킬 때 비로소 주장이 견고해진다는 점은, 데이터로 무언가를 입증해야 하는 어떤 분야에서도 통하는 원칙이다.
다만 이 결과를 과대 해석할 필요는 없다. 확인된 식충성은 범의귀속 전체가 아니라 특정 종에 국한된 관찰이며, 다윈의 추측도 '일부 종이 식충성일 수 있다'는 조건부 가설이었다. 또 동위원소 흡수 실험은 통제된 조건에서 질소 이동을 보여준 것이지, 야생에서 이 식물이 생존과 번식을 곤충 포식에 얼마나 의존하는지까지 규명한 것은 아니다. 고산 생태계에서 이 전략이 실제로 어느 정도의 생존 이점을 주는지는 후속 연구가 답해야 할 몫으로 남는다. 그럼에도 오랫동안 '그럴듯한 추측'에 머물던 생각이 재현 가능한 증거로 전환됐다는 점에서, 이번 연구는 관찰과 가설이 검증으로 완결되는 과정을 보여주는 사례로 읽을 만하다.