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1. 미생물의 일반적 특성과 역할
1.1. 미생물의 정의와 분류
미생물은 일반적으로 확대 없이는 보기에 너무 작은 생물을 전문적으로 다루는 생물학의 한 분야이다. 이런 미시적(microscopic) 생물을 총체적으로 미생물(microorganism 또는 microbe)이라는 용어로 부른다. 미생물에는 세균, 바이러스, 진균류, 원생동물, 조류 등이 포함된다. 각 분류군은 독특한 생물학적 특징을 가지고 있다. 미생물학은 생물학의 가장 크고 복잡한 분야 중 하나로서, 유전, 생리, 해가 되거나 득이 되는 특징, 환경과 상호작용하는 방식, 다른 생물체와 상호작용하는 방식, 산업과 농업에서의 미생물 사용 등 미생물의 모든 측면을 연구한다. 미생물학자는 이러한 다양한 분야에서 미생물의 역할을 연구한다.
미생물은 대부분 단세포나 세포의 다발로 이루어져 있으며, 원핵생물과 진핵생물로 구분된다. 원핵생물에는 세균과 고세균이 포함되며, 진핵생물에는 조류, 원생동물, 곰팡이, 효모, 일부 동물 등이 포함된다. 바이러스는 일종의 미생물로 여겨지지만 세포가 아닌 거대 분자와 세포의 중간쯤 되는 복잡성을 가진 작은 입자이다.
미생물은 크기 면에서도 매우 다양하다. 대부분의 미생물은 μm(마이크로미터), nm, mm 단위로 나타낼 수 있으며, 가장 작은 바이러스는 10nm 정도이고 가장 큰 원생동물은 3-4μm 정도이다. 이처럼 미생물은 상당히 작은 크기로 존재하지만, 지구 전체의 생태계에 필수적인 역할을 수행한다. 미생물은 광합성, 영양분 순환, 환경오염 정화 등 지구 생태계의 균형을 유지하는 데 중요한 기여를 한다.
1.2. 미생물의 기원과 진화
원핵(prokaryotic)은 '핵 이전의'라는 의미이며, 이들 세포의 유전물질이 핵이라는 별도의 구역에 들어있지 않다. 진핵(eukaryotic)은 '진짜' 핵을 의미하며, 핵과 다양한 세포소기관이라는 특수한 내부 구조가 발달하였다. 진핵세포는 원핵세포에서부터 세포내공생(endosymbiosis)이라는 과정을 통해 수천 년 이상 진화가 일어난 것이다.
초기의 진핵생물은 조류(algae)나 원생동물(protozoa)과 비슷할 것이라 추정되며, 후에 진균류(fungi), 식물, 벌레나 곤충 같은 다세포 동물(multicellular animal)이 있게 한 진화의 계보를 시작하였다. 세균은 최초의 동물에 비해 약 30억년 전에 출현하였다.
미생물은 영원히 존재하며 이 행성의 생명이 주는 특성을 유지시키기 위해 절대적으로 필요한 존재이다. 모든 생명체는 진화를 통해서 연관되어있으며, 현대 생물학에서 분류학적 범주를 결정하는 방법은 다양하지만 모두 개체 사이의 상관성 정도에 기인한다. 생물 집단 사이의 자연적 연관성은 계통발생(phylogeny)이라고 한다.
진화의 과정은 선택적이고, 특정 개체의 생존에 가장 적합한 변화는 유지되지만 생존에 큰 이득이 없는 변화는 사라진다. 진화가 진행됨에 따라 지구에는 수백만 종의 생물이 존재할 수 있었으며, 각각은 많고도 다양한 서식지에 적응 가능하게 되었다.
전통적으로 생명의 역사 혹은 계통발생은 다양한 생명 형태의 기원을 보여주는 가지가 많은 나무와 같은 형태로 표현할 수 있으며, 기초부위는 가장 오래된 조상 계통이고 나무의 몸통은 선택을 통해 나타난 중요 계열의 진행과정을 보여준다. 몸통에서 분열되어 나온 가지는 추가적인 선택과 변형이 일어난 것이다.
20세기 후반에 생물체의 연구방법이 근본적으로 변화하였고, 분자생물학 기술로 각각의 유전자의 구조와 기능을 조사하고 단순히 공통의 특성이 아닌 유전물질의 유사성에 기초한 생명체의 연관성을 밝힐 수 있게 되었다. 이러한 새로운 분자적 방법으로 제안된 분류체계는 나무라기 보다는 생명의 관목과 유사하다고 할 수 있다.
1.3. 미생물의 세포구조와 특성
미생물의 세포구조와 특성은 다음과 같다.
원핵세포(prokaryotic)는 핵이 없는 세포로, 일반적으로 진핵세포(eukaryotic)보다 작다. 원핵세포의 유전물질이 핵이라는 별도의 구역에 들어있지 않으며, 세포소기관(organelle)이라고 불리는 막으로 둘러싸인 내부 구조물이 발달하지 않았다. 반면 진핵세포는 핵과 다양한 세포소기관을 가지고 있어 세포 내 구조와 기능이 더욱 복잡하다.
초기의 진핵생물은 조류(algae)나 원생동물(protozoa)과 유사할 것으로 추정되며, 이후 진화를 거쳐 진균류(fungi), 식물, 동물 등 다양한 생물이 출현하게 되었다. 세균과 고세균은 모두 원핵세포이지만, 유전적 특성과 생리적 특성이 크게 다르다.
한편 바이러스는 일종의 미생물로 여겨지지만 실제로는 세포가 아닌 거대분자와 세포 중간쯤의 복잡성을 가진 작은 입자이다. 바이러스는 단백질로 덮인 약간의 유전물질로 구성되어 있어 세포보다 훨씬 단순한 구조를 갖는다.
미생물의 크기는 매우 다양하며, 대부분 마이크로미터(μm) 또는 나노미터(nm) 단위로 표현된다. 거시적 개체들의 크기가 센티미터(cm)나 미터(m) 단위인 것과 달리, 대부분의 미생물은 매우 작아서 육안으로는 관찰하기 어렵다. 크기 범위는 가장 작은 바이러스의 10nm에서 육안으로도 볼 수 있는 원생동물의 3-4μm까지 다양하다.미생물은 지구의 생태계에서 매우 중요한 역할을 한다. 미생물은 수십억 년에 걸쳐 진화하며 생태계의 구조와 기능을 담당하는 필수적인 요소이다. 특히 미생물은 지구의 대기 구성, 에너지와 영양분의 순환 등 다양한 과정에 깊이 관여한다.
광합성 미생물은 지구 전체 광합성량의 절반 이상을 차지하여 대부분의 산소를 생산한다. 또한 미생물은 토양, 물, 대기의 구조와 성분을 조절하는 ...
