뇌도 없는 곰팡이가 어떻게 ‘흥정’을 할까요? 땅속 균근 네트워크가 식물과 인·탄소를 사고파는 법

CHAPTER 1

🍄 흙 속 가는 실의 정체, 균근이에요

균근(mycorrhiza)은 곰팡이를 뜻하는 ‘마이코’와 뿌리를 뜻하는 ‘리자’를 합친 말이에요. 이름 그대로 식물 뿌리와 아주 가깝게 붙어 사는 곰팡이 무리를 가리켜요.

키어스는 인터뷰에서 지구 식물 종의 80% 넘게 이런 짝을 이룬다고 설명했어요. 이 관계가 생긴 건 약 4억 5천만 년 전이고, 물에서 살던 식물이 땅으로 올라올 때 결정적인 도움을 줬다고 해요.

뿌리에서 늘어진 균사는 머리카락보다 가늘어서 굵기가 몇 마이크로미터밖에 안 돼요. 키어스 연구진이 주로 다루는 수지상균근 곰팡이는 중간에 칸막이가 없는 열린 관 구조예요. 그래서 지구에서 가장 큰 세포라고 부르는 사람도 있다고 해요.

CHAPTER 2

🔁 주고받는 물건은 당·지방과 인·질소예요

거래 구조 자체는 단순해요. 식물은 광합성으로 만든 탄소를 당과 지방 형태로 곰팡이에게 내려보내요. 곰팡이는 그 대가로 인, 질소, 물을 모아 뿌리에 건네죠.

곰팡이가 잘하는 일은 흙과 돌 속에 갇힌 광물을 녹여 꺼내는 거예요. 몸 바깥에서 소화를 하고, 세균과 힘을 합쳐 돌을 분해하기도 해요. 키어스는 그래서 ‘돌을 먹는다’는 표현까지 쓰더라고요.

규모도 상당해요. 키어스는 식물이 얻는 인의 최대 80%가 먼저 곰팡이 그물을 거쳐 들어온다고 말했어요. 우리 DNA 뼈대를 이루는 인도 거슬러 올라가면 곰팡이를 지나왔을 수 있다는 얘기예요.

CHAPTER 3

⚖️ 더 많이 주는 상대에게 더 많이 돌려줘요

그럼 아무하고나 똑같이 거래할까요? 2011년 학술지 ‘사이언스’에 실린 키어스 연구진의 실험이 이 질문을 다뤘어요.

연구진은 식물과 곰팡이 양쪽의 협력 정도를 일부러 조절했어요. 그러자 식물은 협력을 잘하는 곰팡이를 알아보고 탄수화물을 더 많이 줬어요. 곰팡이도 탄수화물을 더 주는 뿌리에만 영양분을 더 많이 넘겼고요.

논문은 이 관계를 한쪽이 다른 쪽을 ‘노예처럼 부리는’ 구조가 아니라고 정리했어요. 통제권이 양쪽에 다 있고, 교환 조건이 가장 좋은 상대가 보상을 받기 때문에 협력이 오래 유지된다는 거예요.

인터뷰에는 다른 사례도 나와요. 그늘에 둔 식물에게는 곰팡이가 인을 덜 보냈고, 경쟁하는 곰팡이 수에 따라 거래 방식이 달라졌어요. 반대로 광합성을 아예 하지 않고 곰팡이 그물에서 탄소를 빼 가는 난초도 있다고 해요.

CHAPTER 4

🔬 형광 나노입자로 쫓아간 인의 이동

2019년 ‘커런트 바이올로지’ 논문은 거래를 눈으로 따라가는 방법을 썼어요. 인에 서로 다른 색으로 빛나는 양자점(형광 나노입자)을 붙인 거예요.

실험은 칸이 셋으로 나뉜 페트리 접시에서 했어요. 한 칸에는 배양한 당근 뿌리를 두고 곰팡이 리조파구스 이레굴라리스를 붙였어요. 곰팡이만 건너갈 수 있는 나머지 두 칸에는 인을 90:10, 70:30, 50:50 비율로 나눠 넣었어요.

불균형이 클수록 거래가 오히려 활발해졌어요. 곰팡이는 뿌리에 넘기는 인의 총량을 늘리고, 저장하는 몫은 줄이고, 인이 많은 칸에서 적은 칸 쪽으로 자원을 옮겼어요.

연구진은 인이 적은 쪽 곰팡이가 넘긴 인 한 단위당 더 많은 이득을 얻었다고 분석했어요. 흔한 곳에선 싸고 귀한 곳에선 비싸지니, 값을 더 쳐주는 쪽으로 물건을 옮긴 셈이에요. 반면 50:50으로 고르게 나눈 접시에선 이런 차이가 나타나지 않았어요.

CHAPTER 5

🤖 로봇이 찍은 ‘이동하는 파도’

2025년 ‘네이처’ 논문에서는 그물이 어떻게 자라는지를 통째로 찍었어요. 연구진은 접시 최대 40개를 동시에 찍는 이미징 로봇을 만들어, 곰팡이 마디 50만 개 이상을 한꺼번에 추적했어요. 관 속 흐름 궤적도 약 10만 개를 쟀고요.

결과는 ‘이동하는 파도’였어요. 맨 앞에서 빨리 자라는 균사 끝이 시간당 약 280마이크로미터 속도로 파도 앞머리를 끌고 가고, 그 뒤를 영양분을 흡수하는 그물이 따라와요. 균사끼리 이어 붙는 융합이 그물 밀도를 일정하게 맞췄어요.

관 속 흐름도 신기해요. 한 가닥 안에서 양방향 흐름이 동시에 나타났고, 초기에는 끝 쪽으로 가는 흐름이 뿌리 쪽 흐름보다 평균 30%쯤 빨랐어요. 이 차이는 약 10일이 지나면서 통계적으로 의미 없는 수준까지 줄었어요.

흐름 속도는 순간적으로 초속 20마이크로미터까지 자주 올라갔고, 드물게 초속 50~120마이크로미터로 튀는 순간도 있었어요. 한 관 안에서 두 방향 흐름이 엇갈리는 모습을 키어스는 이렇게 표현했어요.

마치 북쪽과 남쪽으로 동시에 흐르는 강 같은 거예요.

“So it’s like a river going north and south at the same time.”

CHAPTER 6

🌍 기후와는 어떻게 이어질까요

2023년 ‘커런트 바이올로지’ 논문은 이 거래를 지구 규모로 계산해 봤어요. 연구진은 데이터 세트 200개 가까이를 분석해, 식물이 균근 곰팡이 균사로 보내는 탄소의 양을 처음으로 전 지구 단위로 추정했어요.

추정치는 해마다 13.12Gt CO₂e였어요. 논문은 현재 화석연료 연간 배출량의 약 36%에 해당한다고 적었어요. 곰팡이 종류별로 나누면 외생균근 곰팡이 몫이 가장 컸어요.

다만 이 탄소가 모두 땅속에 영원히 묶인다는 뜻은 아니에요. 논문은 ‘적어도 일시적으로’ 균사에 할당된다고 표현했어요. 키어스도 곰팡이가 호흡하면서 탄소 일부를 내보낸다고 말했어요. 동시에 분해가 잘 안 되는 끈적한 물질을 만들어 흙을 붙잡는 비계 역할을 한다고 덧붙였어요.

연구진 스스로도 추정이 불완전하니 신중하게 해석해야 한다고 밝혔어요. 그래도 보수적으로 잡은 값이라, 기후 모델과 보전 정책에 균근을 넣어야 한다고 주장했어요.

CHAPTER 7

🗺️ 보이지 않아서 지켜지지 않는 그물

땅속 생물은 생각보다 훨씬 많아요. 2023년 미국 국립과학원회보(PNAS) 논문은 지구 생물 종의 59±15%가 흙에 산다고 추정했어요. 곰팡이는 종의 90%가 흙에 살아서, 애지렁이류(98.6%) 다음으로 비율이 높았어요.

문제는 이 그물이 어디에 몰려 있는지 몰랐다는 거예요. 2025년 ‘네이처’ 논문은 흙 시료 2만 5천 개와 곰팡이 DNA 서열 28억 개 이상으로 기계학습 모델을 훈련해 균근 다양성 지도를 만들었어요.

지도를 보호구역과 겹쳐 보니, 다양성이 높은 핫스폿 가운데 보호구역 안에 있는 곳은 10%도 안 됐어요. 키어스가 2021년 땅속 네트워크 보호 협회(SPUN)를 세운 것도 이런 그물을 지도로 그리고 보호를 호소하기 위해서였어요. 인터뷰 기준으로 약 140명의 ‘언더그라운드 익스플로러’가 세계 곳곳에서 흙을 채취하고 있다고 해요.