글로벌 세계 대백과사전/생물II·식물·관찰/식물의 계통과 분류/균 류/세균류

몸은 단세포이며 길이는 1μ(1/1000㎜) 정도, 넓이는 이것의 1/2-1/7의 길쭉한 것 또는 둥근 모양의 것이 있다. 크기가 작을 뿐만 아니라 세포 구조도 원시적이어서, 보통 생물체 세포에서 볼 수 있는 막으로 둘러싸인 핵·미토콘드리아·골지체, 그 밖의 색소체나 액포 등은 존재하지 않는다. 그러나 생장이 빠르고 생화학적인 역할이 다양하며, 환경에도 잘 적응할 수 있다.

세균류는 지구상의 어느 곳에서든지 부생·기생·공생 또는 독립 생활을 하며 살아가고 있다. 이 중 다른 생물체나 그 생산물에 의지하여 생활하는 경우에는 복잡한 유기물 분해에 의해서 생활에 필요한 에너지를 얻는데, 즉 분해자(환원자)로서 자연 생태계를 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 한편, 기생 생활을 하는 것에는 동식물체에 병을 일으키는 종류도 있다. 자연계에 무균 상태의 동식물은 없다고 생각되며, 세균류는 동식물의 생활과 진화에 밀접한 관계를 가져왔다고 생각된다. 특히 주목되고 있는 것은 공생 생활을 하는 경우이다.

동물과의 공생

動物－共生

대표적인 예는 소 등의 반추 동물이다. 즉, 그 소화 기관 안에는 셀룰로모나스·바실루스·클로스트리디움 등이 생활하고 있다. 소의 침속에는 효소 대신에 세균류에게 필요한 탄산수소나트륨이나 인산나트륨이 함유되어 있어서, 세균은 이것을 이용하여 셀룰로오스 등을 분해하여 여러 가지 지방산을 만들므로, 이것이 소의 체조직에 흡수되어 에너지를 만들게 된다. 또한, 세균의 몸은 결국 단백질 분해 효소에 의해서 질소 화합물과 비타민으로 분해되어 흡수되므로, 소는 별도로 단백질을 섭취하지 않아도 된다.

식물과의 공생

植物－共生

이것의 잘 알려진 예는 콩과식물에서 찾아볼 수 있다. 즉, 콩과식물의 뿌리에는 뿌리혹박테리아(리조비움)가 침입하여 뿌리혹을 형성하며, 여기에서 공중 질소를 고정해서 질소 동화 작용을 하여 질소 화합물을 만든다. 뿌리혹박테리아는 이 질소 화합물을 식물에게 제공하는 대신 식물체로부터 그들이 성장하는 데 필요한 탄수화물을 얻게 된다. 질소는 단백질을 만드는 데 있어서 꼭 필요한 원소이며, 공중 질소는 대기의 3/4을 차지하고 있다. 그러나 대부분의 식물체는 공중 질소를 직접 이용할 수 없다. 식물이 이용할 수 있는 형태로 질소를 고정시키는 세균의 역할은 식물에 의한 이산화탄소 고정과 맞먹는 중요한 반응이라고 할 수 있다.

질소의 순환

質素－循環

공중 질소를 고정하여 단백질을 만드는 것에는 뿌리혹박테리아 외에 땅 속에 사는 클로스트리디움·아조토박터·슈도모나스 등이 있다. 이 밖에 누룩곰팡이나 남조류 중에도 이러한 역할을 하는 것이 있다. 이와 같이 고정된 질소 화합물은 암모니아로 바뀌게 된다. 즉, 단백질이 분해되어 생기는 아미노산을 세균류 및 그 밖의 균류, 특히 토양균류들이 암모니아로 분해시키는데, 이 때 관여하는 균류를 '부패균'이라고도 한다. 암모니아는 아질산균에 의해 아질산으로, 아질산은 질산균에 의해 질산이 된다. 질산염은 이온 형태로 식물 뿌리로부터 흡수되어 잎에 운반되며, 그 안에서 다시 암모니아로 바뀐 다음 단백질의 합성 재료가 된다. 일부의 식물은 암모늄염을 흡수하기도 하는데, 이것은 질산염과 달리 그대로 단백질의 합성 재료가 된다. 이와 같이 세균류와 그 밖의 균류는 질소의 순환 및 다른 여러 원소의 순환에 관여함으로써, 생태계의 평형을 유지하는 데 매우 큰 구실을 하고 있다.

그 밖의 생활과 분류

세균류는 복잡한 유기물을 간단한 유기물로 분해시키는 과정을 통하여 에너지를 얻는다. 한편, 프로피온산균·젖산균·부티르산균, 그 밖의 누룩곰팡이 등은 그 에너지를 이용하여 탄소 동화를 하는 것도 있다. 또한, 홍색세균·홍색황세균·녹색황세균 등의 세균류는 녹색 식물보다 원시적인 광화학적 기구에 의해서 광합성을 하며, 아질산균·질산균·철세균 등은 무기물을 산화시킬 때 나오는 화학 에너지를 이용하여 탄소 동화를 한다(화학 합성).

세균의 몸은 일정한 크기로 자라면 둘로 분열되어 각각 독립적으로 성장하게 된다. 좋은 환경에서는 20-30분 후에 다음 분열이 진행되므로 물질 대사가 매우 빠르게 진행된다. 이 때 구균은 1 또는 2, 3 평면에서 분열이 일어나 특징적인 단세포 집단을 만드는 데 비해 길쭉한 간균이나 나선균에서는 긴 축과 직각인 면이 분열한다. 이와 같이 세균류의 생활사는 일반적으로 간단하며 분열에 의한 무성 생식이지만, 대장균이나 그 밖의 소수의 것은 유성 생식 접합을 하기도 한다. 또한, 무성 생식에도 변화가 있어서 내생 포자를 만드는 것이 있는가 하면, 몸의 일부에서 싹이 나오는 것도 있다.

흔히 말하는 세균류는 아주 작은 생물들을 한데 묶은 것으로, 편의상 식물에 포함시키기도 한다. 그러나 세균류를 식물이라고 생각하는 것은 생물 기원의 역사적인 면이나 자연 생태계의 성립 과정에서 볼 때 문제가 있으며, 이러한 점은 그 밖의 균류에 대해서도 마찬가지이다. 또한, 세균류로 일괄시키는 점도 체제나 작용면으로 보아 옳지 않다고 생각된다. 여기에서는 먼저 좁은 뜻의 세균류를 분류학상의 한 문으로 다루고, 나중에 그 밖의 중요한 균류를 다루고자 한다.

현재의 세균류는 지구상에 최초로 번성한 생물군이 살아남은 것이라고 할 수 있는데, 약 30억 년 전 것으로 보이는 세균류의 화석은 이 사실을 더욱 확실히 해 준다. 한편, 세균류는 처음 지구에 출현한 후 몇 억 년 동안 환경 변화에 적응하면서 생화학적 진화를 계속하였다. 오늘날 세균류가 다양한 작용을 하는 것은 이러한 생화학적 진화 결과라고 할 수 있다.

세균의 세포벽은 탄수화물과 아미노산으로 이루어진 매우 얇은 막이다. 세포핵은 없지만 핵 부위라고 부르는 부분에 핵물질이 들어 있는 것도 있다. 이 부분은 보통 생물의 세포핵과 구조적인 차이를 보이므로 '핵양체'라고 한다. 특히, 대장균 등에서는 DNA 사슬이 둥근 고리로 존재하는데, 이것은 하나의 염색체에 해당되며, 여기에는 일반 염색체에서 볼 수 있는 히스톤과 같은 단백질이 없다.

리케차류

이들은 길이가 0.3-0.5μ, 폭 0.3μ 정도의 바이러스와 보통 세균의 중간 크기로, 살아 있는 동물 세포 안에 기생한다. 세포벽이 있고 증식은 이분법에 의한다.

리케차

rickettsia

리케차과의 리케차속(Rickttsia )을 이룬다. 특수한 세균의 하나로 일반 세균보다 크기가 작고 바이러스처럼 살아있는 세포 밖에서는 증식하지 못한다. 리케차는 일부 곤충이나 진드기와 같은 절지동물의 세포내에 사는데, 사람에게 감염되어 발진티푸스, 쓰쓰가무시병 같은 질병을 일으킨다. 핵산 합성은 숙주에 의존한다. 리케차가 일으키는 질병의 증상에는 오한, 발열, 두통 등이 있다.

클라미디아

chlamydia

트라코마 또는 앵무병의 병원균으로서 예전에는 바이러스로 취급되었다. 그러나, 바이러스와 달리 2종류의 핵산과 효소가 있으며, 핵산은 합성하지만 필요한 고에너지 물질인 아데로신삼인산(ATP)은 숙주에 의존하고 있다.

진정세균류

부생 또는 기생 생활을 하며 몸 전체에 편모가 있는 것(주생 편모)과 없는 것이 있다. 파상풍균·티푸스균·대장균 및 부티르산 발효를 하는 부티르산균 등에는 주생 편모가 있으며, 디프테리아균·페스트균·적리균 및 젖산 발효를 하는 젖산균 등에는 주생 편모가 없다. 질소 고정이나 질소의 순환에 관련이 있는 뿌리혹박테리아·클로스트리디움·아조토박터 등도 이 무리에 속한다.

뿌리혹박테리아

root nodule bacteria

리조비움속(Rhizobium )을 이룬다. 콩과식물의 뿌리에 뿌리혹을 만들어 식물과 공생하면서 공기중의 질소를 고정하는 세균으로 근류균이라고도 한다. 이 세균이 콩과식물에 질소화합물을 공급하면 콩과식물은 탄소와 그 밖의 세균의 증식물질을 공급한다. 뿌리혹은 1년생 뿌리혹과 여러해살이 뿌리혹이 있으며, 기생되는 식물의 종류에 따라 각각 특유한 외형과 구조를 가지고 있다. 뿌리혹박테리아의 종류는 이것이 기생하는 콩과식물의 종류에 따라 다르다.

1888년 네덜란드의 M. W. 바이에링크가 이 균을 순수하게 분리하였을 당시에는 이 균은 단지 1종으로 생각되었으나 현재는 완두 속에 기생하는 것, 까치콩 속에 기생하는 것, 전동싸리 속에 기생하는 것, 개미자리 속에 기생하는 것, 콩 속에 기생하는 것 등 7종이 알려져 있다. 뿌리혹박테리아는 초기의 세균에서는 간상균 외에 가지 모양의 가균태(假菌態)로 존재하다가 후기가 되면 공포(空胞)가 생기거나 소구상·난형성이 되어 형태가 매우 변화한다. 0-50℃에서 생육이 가능하고, 20-28℃에서 가장 잘 발육한다.

토양 속에서 오랫동안 생존하며 pH 5.4-6.8의 토양이 가장 적합하다. 호기성이므로 토양 표층부에 많고, 뿌리혹도 기생식물의 표토부분에 많이 착생한다.

슈도모나스류

편모가 없는 것도 있지만, 편모가 있는 경우에는 몸의 한쪽 끝이나 양끝에 나 있다. 이것을 극생 편모라고 하는데, 콜레라균이나 녹농균 등에서 이러한 예를 볼 수 있다. 스피릴룸에는 양 끝에 1개 또는 몇 개의 편모가 있다. 한편, 콜레라균과 같은 기생균이나 아세트산균과 같은 부생균 외에, 화학 합성이나 광합성에 의해서 독립 영양 생활을 하는 종류도 이 무리에 속한다.

그 밖의 중요한 균류

위의 세균류와는 다르지만 대등하게 다루어져야 하는 것으로는, 미코플라스마류·점액세균류·스피로헤타류·방선균류 등이 있다. 또한 바이러스류도 무시할 수 없다.

바이러스류

virus類

바이러스는 숙주의 종류에 따라서 식물 바이러스·동물 바이러스 및 세균 바이러스(파지)로 나누기도 한다. 그러나, 생물 증식의 근원이 핵산에 있으므로 핵산의 종류에 따라 분류하게 되었다. 즉, 2종류의 핵산 중에서 어느 것을 가졌는가에 따라 DNA바이러스 아문과 RNA바이러스 아문으로 나뉘며, 이들은 다시 강·목·과로 세분화된다. 바이러스는 증식에 필요한 효소를 가지고 있지 않으므로, 다른 생물에 기생하면서 숙주가 가진 것을 이용하여 증식한다. 천연두나 수두를 일으키는 바이러스나 대장균에 기생하는 T파지는 DNA바이러스이다. 이에 대해, 유행성 이하선염(항아리손님)·홍역·광견병·소아마비·일본뇌염 등을 일으키는 바이러스는 RNA바이러스이다.

담배모자이크 바이러스(TMV)

담배 잎에 병을 일으키는 바이러스로서 RNA를 단백질이 나선 모양으로 둘러싸고 있다. 전체는 대략 15×300㎜(이 길이는 보통 세균의 1/3 이하이다)이며 막대 모양이다.

미코플라스마류

mycoplasma類

이들은 동물에 기생하거나 땅 속에 있다. 세포벽이 없고 매우 불규칙한 모양(공 모양·실 모양 또는 분지된 모양)을 하고 있으며, 크기는 보통 2-5μ 정도이다. 50μ 이상의 것도 있다. 몸은 많은 공 모양의 생식체로 갈라져서 증식한다. 예전에는 바이러스로 다루어졌으며, 그 후에는 세균으로 여겨졌으나, 지금은 바이러스와 세균의 중간 단계에 해당하는 것으로 다루어진다.

스피로헤타류

spirocheta類

폭은 1μ 이하이고 길이는 4μ 정도에서 긴 것은 100μ 이상되는 것까지 있다. 대부분이 나선 모양이고 세포벽은 없다. 중심에 축이 있고 그 주위에 세포질이 둘러싸고 있어서, 굴신 운동이나 축을 중심으로 한 회전 운동을 한다. 부생 또는 동물에 기생하며, 이분법으로 증식한다.

점액세균류

粘液細菌類

포자가 싹터서 생긴 세균의 몸은 원기등 모양이며 세포벽은 없다. 땅 속, 물 속, 동물의 배설물 등에 부생하면서 세균이나 곰팡이를 소화하며, 또한 물 속의 생물에 기생하는 것도 있다. 이분법으로 증식하며 점액 물질에 싸여서 활주 운동을 한다. 한편 여러 개체가 모여 변형체라는 집단을 만들며, 변형체는 여러 가지 모양 크기·빛깔의 자실체(포자 형성체)를 만든다.

방선균류

放線菌類

몸은 실 모양이고 가지를 내기도 하며, 다른 세균류와 달리 외생 포자를 만들기 때문에 곰팡이와 비슷하나, 세포가 원핵성이고 그램 염색에 양성으로 반응한다.