공생의 레이어 - 마이트의 H​​indgut의 미생물 커뮤니티를 떠올리

그래서 저는 가끔 사람들에게, 저에게 있어 이것은 마치 미니어처 '이상한 나라의 앨리스' 속의 생태 관광객이 된 것과 같다고 말하곤 합니다. 시스템에 대해 다른 어떤 종류의 연구를 수행하기 전이라도, 이것을 바라보는 것만으로도 정말 멋진 자연 산책을 하는 기분이 들기 때문입니다. 자, 광학 현미경으로 이러한 미생물들을 관찰하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이 현미경을 사용하면 암시야 현미경 관찰이 가능하며, 이때 세포는 어두운 배경에서 흰색으로 보이거나 흰색 테두리로 둘러싸여 나타나게 됩니다.

회색 배경 위에 세포나 세포의 가장자리가 어둡게 보이는 위상차 현미경 관찰을 수행할 수 있습니다. 또한, 샘플에 색이 없으면 거의 아무것도 보이지 않지만 샘플의 실제 색상을 확인할 수 있는 일반 광학 현미경 관찰을 수행할 수 있습니다.

따라서 샘플이 녹색 또는 적색인 경우, 세포 내에서 이를 실제로 확인할 수 있습니다. 또한 DIC 현미경이라 불리는 미분 간섭 대비(differential interference contrast) 현미경 관찰도 가능합니다. 이는 흑백이나 어두운 회색조의 대비를 주는 것과 달리, 마치 망원경으로 달을 볼 때 전체적으로는 회색이지만 초점을 맞추면 가장자리가 매우 선명하게 보이는 것과 같은 월면 지형 형태의 에지 대비를 제공합니다.

현재 DIC를 사용하여 샘플을 관찰하도록 설정했습니다. DIC를 사용하면 세포의 표면 질감과, 크기가 크고 해당 구조가 있는 경우 세포 내부 구조를 훨씬 더 선명하게 볼 수 있습니다. 다른 유형의 현미경에서는 세포 전체가 밝은 배경에서 회색으로 보이거나 검은 배경에서 흰색으로 보일 수 있는 반면, 여기서는 실제 세포 표면이나 세포 내부의 질감을 확인하기 시작할 것입니다.

또한 저희가 보유한 많은 원생동물, 즉 더 큰 진핵생물들의 경우에는 세포 내 구조뿐만 아니라 나무 입자까지도 관찰할 수 있습니다. 지금 여기서는 두 마리의 장내 원생동물을 살펴보고 있으며, 이들은 opsis 속에 속합니다.

이들은 셀룰로오스 분해 원생동물입니다. 현재 중앙에 위치한 이 개체와 관련하여, 가장자리 대비를 높이기 위해 약간 조절해 보겠습니다. 조절이 다소 까다롭네요. 좋습니다.

오, 아주 멋지게 보입니다. 예를 들어, 이것은 매우 큰 트리코모나스 관련 원생동물 중 하나이며, 이제 막 수포를 형성하기 시작했습니다. 상태가 나빠지기 시작한 것입니다.

그리고 이것이 측면에 있는 작은 소포(blebs)들의 정체입니다. DIC를 사용하여 실제 광학 단면을 얻을 수 있습니다. 이제 표면부터 진입하겠습니다.

표면이 점점 선명하게 보이기 시작합니다. 긴 선들과 긴 홈들로 덮여 있는 것처럼 보입니다. 이제 세포 내부로 들어가 반대편으로 통과하겠습니다.

그리고 세포의 후면에서 이 작업을 수행하면 핵을 볼 수 있습니다. 위로 올라가 표면을 살펴보면 이제 핵이 보이고, 반대편이 보이기 시작합니다. 위상차 현미경 영상과 비교해 볼 수 있으며, 결과가 양호합니다.

이것은 에지 대비(edge contrast)입니다. 이 또한 결과가 좋으며, 이는 단순히 취향의 차이일 뿐입니다. 그리고 일부 얇은 세포들의 경우, 이 위상차(phase contrast) 영상이 더 적절해 보입니다.

여기 두 개의 프로토좀이 보입니다. 하나는 중앙에 있는 작은 프릴 모양의 구조물이며, 다른 하나는 나뭇가지 묶음처럼 보입니다. DIC 이미징을 통해 이러한 모습이 매우 뚜렷하게 나타납니다.

그리고 몇 가지 조정할 수 있는 부분이 있습니다. 이는 요리와 비슷합니다. 샘플을 관찰하면서 해당 샘플에서 세포의 질감이 잘 드러나도록 취향에 맞게 조정하면 됩니다.

거의 경험적으로 결정되었습니다. 이제 관찰할 가치가 있는 다른 몇 가지 객체들을 찾아보겠습니다. 이것은 암시야로 관찰한 모습입니다.

이제 생물학적 물질이 검은색 배경 위에서 밝은 흰색으로 나타나는 부분을 보면, 여기에서 더 작은 깃편모충(flagellate) 원생동물인 stroma와 함께 거대한 trifa가 보입니다. STRs가 확대되어 보이며, 마치 가느다란 작은 벌레처럼 보이며 이 더 큰 세포들 주변을 빠르게 움직이고 있습니다. 이것들이 바로 이 작은 원생동물들입니다.

이 환경에서는 크기가 제각각인 상당히 다양한 종의 원생동물이 발견됩니다. 매우 큰 trifa가 있고, 중간 크기의 tri opsis가 있으며, 매우 길고 가느다란 박테리아 코팅 stroma STR가 있습니다. 이제 이러한 trichy opsis와 stromas를 확인할 수 있습니다.

St stroma STRs는 막대기 묶음과 같습니다. Tri opsis는 세포 주위를 매우 빠르게 움직이는 작은 프릴(frills)을 가진 아름답고 작은 유기체이며, 더 큰 trifa도 있습니다. 이것이 tri opsis입니다.

이 생물은 지금까지 배양되어 시험관 내(in vitro)에서 연구된 유일한 흰개미 장내 원생동물로, 약 20년 전 이 원생동물에 관한 서너 편의 논문이 발표된 바 있습니다. 이후 배양주가 소실되었으며, 이후 누구도 이를 다시 배양하는 데 성공하지 못했습니다. 하지만 이 유기체에 대한 연구를 통해 원생동물이 나무의 오탄당 및 육탄당 중합체인 cellulose와 xylan을 발효시켜 acetate, hydrogen, CO2를 생성한다는 사실이 밝혀졌습니다.

화면을 조금 확대해 보겠습니다. 여기에 몇 가지 spikelet들이 보입니다. 중앙에 spikelet의 훌륭한 DIC 이미지가 있습니다.

코일 형태를 확인하실 수 있습니다. 규칙적인 코일 모양이며, 이것이 움직이는 것을 볼 수 있습니다.

오, 아직 살아있긴 하지만, 일부는 산소에 의해 약간 손상되었습니다. 음, 이 생물체들 중 상당수는 산소에 의해 독성을 입기 때문입니다. 때로는 습식 표본을 만들었을 때 성공하기도 하고, 때로는 실패하기도 합니다.

하지만 사실 이것은 진짜 Butte입니다. 여기 있는 이 원생동물을 관찰하겠습니다. 여기에 두세 마리가 있네요.

줄무늬가 있는 것처럼 보이는 길고 가느다란 원생동물들이 있습니다. DIC로 관찰하면 그 모습이 정말 잘 보입니다. 저는 항상 이들을 파시스트 원생동물이라고 부릅니다.

그것이 무슨 뜻일까요? 다임(dime) 동전 뒷면에 그려진 나뭇가지 묶음을 묘사하는 라틴어 용어가 바로 fasis입니다. 그리고 이 단어는 '여럿이 모여 하나가 된다'는 의미의 e pluribus unum을 설명하는 말이기도 합니다. 저는 이것을 파시스트 프로토좀(fascist protosome)이라고 부르는데, 왜냐하면 프로테아좀 자체는 실제로 매우 얇기 때문입니다.

우리가 이에 대해 알고 있는 바는 매우 적지만, 연구들에 따르면 이 원생동물은 얇고 긴 박테리아 층으로 덮여 있는 것으로 나타났습니다. 즉, 길고 막대 모양인 진핵 원생동물이 여기 보시는 것처럼 긴 털 모양의 박테리아 층으로 덮여 있는 형태입니다. 일부 털들은 실제로 약간 마모되어 떨어져 나가기 시작하는 것을 볼 수 있지만, 여전히 많은 양의 박테리아가 관찰됩니다.

그리고 기능적으로는 이들이 어떤 역할을 하는지 전혀 알지 못합니다. 따라서 이는 시각적으로 보기에는 좋지만, 단지 이곳에 이러한 원생동물들이 많이 존재한다는 점을 시사한다는 점에서 영감을 주는 사례라고 할 수 있습니다.

우리는 숙주와 세포의 계통발생을 살펴볼 수 있습니다. 우리는 해당 원생동물이 무엇인지, 그리고 거기에 부착된 종이 무엇인지 알고 있습니다. 하지만 원생동물이나 그 박테리아들이 각각 어떤 역할을 하는지는 알지 못합니다.

그들의 생리학적 특성은 무엇인가요? 무엇을 먹으며, 무엇을 만들어내나요?

그들이 다른 미생물들과 어떻게 상호작용할까요? 이러한 생성물들이 다른 미생물이나 숙주에 어떤 영향을 미칠까요? 따라서 우리는 기능적으로 그들이 전체 퍼즐의 어디에 해당하는지 알지 못합니다.

여기서 풍부하게 관찰되는 모든 세포들은 아마도 상생 관계에 있으며 상호공생에 참여하고 있을 것입니다. 즉, 시스템이나 숙주에 실제로 이로운 영향을 주는 유익한 미생물들입니다. 하지만 이 경우에는 세부 사항에 따라 결과가 달라질 수 있습니다.

그리고 저희는 실제로 확실하게 말씀드릴 수 없습니다. 사실 저는 그 유기체들이 어떤 역할을 하는지에 대해 구체적인 가설을 가지고 있지 않습니다. 제 말은, 편모충류 자체가 박테리아로 덮여 있다는 점이 흥미롭다는 것입니다.

따라서 이는 공생 위에 공생이 층층이 쌓인 것과 같습니다. 다른 일부 원생동물의 경우 세포질이나 세포 내부로 나무 입자를 섭취한 것을 볼 수 있지만, 이들의 경우에는 나무 입자를 섭취하고 있다는 증거가 없습니다.

따라서 이들이 나무를 분해하고 있다고 단정 지을 수 없으며, 실제로 그렇게 하고 있는지조차 알 수 없습니다. 오히려 이 박테리아들이 박테리아의 장내 어딘가에 자리 잡고 무언가를 수행하여 아마도 원생동물을 먹여 살리는 것일 가능성이 더 큽니다. 이는 공생 내부의 또 다른 공생 사례라고 할 수 있습니다.

이 트리코니파(trichonifa)를 살펴보면, 여기서 보고 있는 이 더 큰 원생동물은 약간 눌린 형태의 트리코니파입니다. 전면에서 후면으로 이어지는 긴 줄무늬들이 보입니다. 하지만 조금 더 자세히 살펴보면, 앞쪽 끝부분에 작은 검은 점들이 있는 것을 볼 수 있습니다.

이것들 또한 박테리아입니다. 그리고 이 원생동물은 외공생과 내공생을 모두 합니다. 표면이 박테리아 층으로 덮여 있을 뿐만 아니라, 세포 내부에도 박테리아를 포함하고 있습니다.

또한, 표면이나 내부에 존재하는 박테리아의 생리학적 특성에 대해 우리는 전혀 파악하지 못하고 있습니다. 이러한 원생동물이 셀룰로오스와 자일란을 발효시킨다는 점은 어느 정도 알고 있지만, 이 박테리아들이 전체적인 과정에서 어떤 역할을 하는지는 알지 못합니다. 즉, 우리는 근본적인 무언가를 놓치고 있는 것입니다.

이 시스템은 다양성이 풍부하고 활발한 작용이 일어나기 때문에 매우 좋아하며, 이를 통해 많은 것을 배웠습니다. 하지만 사실 우리가 아는 것보다 모르는 것이 훨씬 더 많다고 생각합니다.