나미브 사막에 있는 ‘요정의 원’. 원의 테두리에는 아프리카 남서해안 지역에서 서식하는 다년생 초목이 있고 원의 내부는 아무런 식물도 자라지 않는 황무지다.
이 신비한 현상의 원인을 규명하기 위해 많은 과학자들이 연구를 했지만 여러 가설만 존재할 뿐 명확한 원인은 아직 밝혀지지 않았다. 개미 때문이라는 주장도 있고 식물을 죽게 하는 토양 속 가스가 원인이란 분석 등 여러 가설들이 존재한다.
이 가운데 지난 3월 독일 함부르크 대 위에르겐스 교수가 발표한 논문에서 요정의 원을 만든 주인공은 ‘사막 흰개미’라는 주장이 학계에서 설득력을 얻어왔다. 문제의 원은 다년생 풀이 테두리를 형성하고 그 가운데는 아무런 식물도 자라지 않는다.
위에르겐스 교수는 논문을 통해 흰개미가 원형 내부의 일년생 식물 뿌리를 갉아먹어 죽게 함으로써 식물이 사라져 원모양이 만들어진다고 주장했다.
그러나 남아프리카공화국 케이프타운 대학 생물학자 미카엘 크레이머 교수는 최근 미국 '공공과학 도서관 온라인 학술지(PLOS ONE)'에 실린 논문을 통해 이 가설의 모순을 지적하며, 새로운 연구 결과를 발표했다.
크레이머 교수는 “위에르겐스 교수의 가설이 성립하려면 왜 원의 형태로 만들어지고, 크기와 위치에 있어 규칙성을 갖는지 설명할 수 있어야 한다"고 주장한다. 즉 사막개미가 왜 이처럼 큰 모양의 원을, 규칙성 있게 만드는지 이유를 설명하지 못한다는 것이다.
◈ 혹독한 생존 경쟁의 결과
대신, 크레이머 교수는 ‘식물이 생존하기 위해 상호작용으로 만들어내는 식생의 한 형태일 가능성이 있다는 과학자들의 이전 주장에 주목했다. 이와 관련해 2008년에는 과학자들이 ‘요정의 원’의 식생행태가 수분을 얻기 위한 것임을 보여주는 수학모델을 개발한 바 있다.
크래이머 교수와 미국 콜로라도 대학 니콜 바거 교수는 이 가설을 검증해 보기 위해 구글지도와 현장방문을 통해 ‘요정의 원’의 크기와 밀도, 분포형태 등을 조사·분석했다.
또한, 원 내부와 외부에서 다양한 깊이의 토양샘플을 채취해 수분과 영양성분을 분석했다. 그리고 이 정보들을 연교차와 기온 등의 기후 데이트와 함께 컴퓨터에 입력해 관련성을 연구했다.
그 결과 원의 크기와 밀도, 분포지역의 넓이 등은 모두 이용 가능한 자원의 양과 상관관계를 갖는다는 사실을 발견했다. 특히, 토양 속 질소나 강수량 등의 자원이 많을수록 원의 크기는 작았다.
이는 물과 영양분이 충분한 환경에 있는 목초들은 생존에 필요한 자원을 저장하기 위해 큰 저장고가 필요 없지만 그렇지 않은 지역의 목초들은 더 큰 저장고를 필요로 한다는 것을 의미한다.
연구진은 또 ‘요정의 원’의 분포는 강수량과 밀접한 관계가 있다는 사실도 발견했다. 원은 정확히 특정의 강수량에 해당하는 지역에만 분포했다. 강수량이 많으면 경쟁이 약해지면서 원은 사라지고, 강수량이 적으면 반대로 경쟁이 너무 격해져서 원이 사라졌다.
크레이머 교수는 특정의 강수량 대에서만 원이 만들어지기 때문에 매년 강수량이 달라지면 같은 지역에서 원이 갑자기 사라졌다 다시 생기기도 했다고 설명했다. 이 같은 정보를 통해 연구진은 ‘요정의 원’의 분포를 95%까지 정확히 예측할 수 있었다.
더불어, 원과 원 사이의 거리가 일정한 것은 각 원의 목초들이 자원을 얻기 위해 다른 원의 목초와 서로 경쟁을 벌인 결과일 가능성이 높다고 봤다.
이 가운데 지난 3월 독일 함부르크 대 위에르겐스 교수가 발표한 논문에서 요정의 원을 만든 주인공은 ‘사막 흰개미’라는 주장이 학계에서 설득력을 얻어왔다. 문제의 원은 다년생 풀이 테두리를 형성하고 그 가운데는 아무런 식물도 자라지 않는다.
위에르겐스 교수는 논문을 통해 흰개미가 원형 내부의 일년생 식물 뿌리를 갉아먹어 죽게 함으로써 식물이 사라져 원모양이 만들어진다고 주장했다.
그러나 남아프리카공화국 케이프타운 대학 생물학자 미카엘 크레이머 교수는 최근 미국 '공공과학 도서관 온라인 학술지(PLOS ONE)'에 실린 논문을 통해 이 가설의 모순을 지적하며, 새로운 연구 결과를 발표했다.
크레이머 교수는 “위에르겐스 교수의 가설이 성립하려면 왜 원의 형태로 만들어지고, 크기와 위치에 있어 규칙성을 갖는지 설명할 수 있어야 한다"고 주장한다. 즉 사막개미가 왜 이처럼 큰 모양의 원을, 규칙성 있게 만드는지 이유를 설명하지 못한다는 것이다.
나미브 자연 보호구역내 ‘요정의 원‘
대신, 크레이머 교수는 ‘식물이 생존하기 위해 상호작용으로 만들어내는 식생의 한 형태일 가능성이 있다는 과학자들의 이전 주장에 주목했다. 이와 관련해 2008년에는 과학자들이 ‘요정의 원’의 식생행태가 수분을 얻기 위한 것임을 보여주는 수학모델을 개발한 바 있다.
크래이머 교수와 미국 콜로라도 대학 니콜 바거 교수는 이 가설을 검증해 보기 위해 구글지도와 현장방문을 통해 ‘요정의 원’의 크기와 밀도, 분포형태 등을 조사·분석했다.
또한, 원 내부와 외부에서 다양한 깊이의 토양샘플을 채취해 수분과 영양성분을 분석했다. 그리고 이 정보들을 연교차와 기온 등의 기후 데이트와 함께 컴퓨터에 입력해 관련성을 연구했다.
그 결과 원의 크기와 밀도, 분포지역의 넓이 등은 모두 이용 가능한 자원의 양과 상관관계를 갖는다는 사실을 발견했다. 특히, 토양 속 질소나 강수량 등의 자원이 많을수록 원의 크기는 작았다.
이는 물과 영양분이 충분한 환경에 있는 목초들은 생존에 필요한 자원을 저장하기 위해 큰 저장고가 필요 없지만 그렇지 않은 지역의 목초들은 더 큰 저장고를 필요로 한다는 것을 의미한다.
연구진은 또 ‘요정의 원’의 분포는 강수량과 밀접한 관계가 있다는 사실도 발견했다. 원은 정확히 특정의 강수량에 해당하는 지역에만 분포했다. 강수량이 많으면 경쟁이 약해지면서 원은 사라지고, 강수량이 적으면 반대로 경쟁이 너무 격해져서 원이 사라졌다.
크레이머 교수는 특정의 강수량 대에서만 원이 만들어지기 때문에 매년 강수량이 달라지면 같은 지역에서 원이 갑자기 사라졌다 다시 생기기도 했다고 설명했다. 이 같은 정보를 통해 연구진은 ‘요정의 원’의 분포를 95%까지 정확히 예측할 수 있었다.
더불어, 원과 원 사이의 거리가 일정한 것은 각 원의 목초들이 자원을 얻기 위해 다른 원의 목초와 서로 경쟁을 벌인 결과일 가능성이 높다고 봤다.
크레이머 교수는 사막 흰개미도 ‘요정의 원’과 연관성을 갖고 있을 것으로 본다. 그러나 원을 만들게 되는 것은 식물간의 경쟁에 의한 결과이며, 흰개미는 원 내부에서 자라는 목초들을 죽게 해 원을 유지하는 데 영향을 미치는데 이는 간접적인 현상일 뿐이라고 말한다.
그러나 여전히 풀어야 할 과제도 남아 있다. 역시 ‘요정의 원’을 연구하는 남아공 프레토리아 대학 화학자 이베터 나더 교수는 이번 연구 결과에 대해 곤충이 아닌 다른 것에서 원인을 찾았다는 점에서 신선하게 느껴지지만, 타당성 측면에서는 몇 가지 풀어야 할 의문이 있다고 말했다.
목초의 자원 경쟁이 특정 지역에서 어떻게 그처럼 갑작스럽고, 동시에 식물들을 죽게 하는 지가 명확하지 않다는 점을 지적한다.
크레이머 교수도 이번 연구는 원이 경쟁의 결과로 만들어졌음을 뒷받침하는 증거를 제시했을 뿐이라는 점을 인정한다. 따라서 추가 실험을 계획하고 있다.
만약 ‘요정의 원’이 수분과 영양분의 부족 때문에 만들어진 것이 사실이라면, 물과 영양분을 충분히 공급하면 내부에 식물이 자라나면서 원은 없어져야 한다. 추가 실험을 통해 이를 입증할 과제가 남아 있는 셈이다.
그러나 여전히 풀어야 할 과제도 남아 있다. 역시 ‘요정의 원’을 연구하는 남아공 프레토리아 대학 화학자 이베터 나더 교수는 이번 연구 결과에 대해 곤충이 아닌 다른 것에서 원인을 찾았다는 점에서 신선하게 느껴지지만, 타당성 측면에서는 몇 가지 풀어야 할 의문이 있다고 말했다.
목초의 자원 경쟁이 특정 지역에서 어떻게 그처럼 갑작스럽고, 동시에 식물들을 죽게 하는 지가 명확하지 않다는 점을 지적한다.
크레이머 교수도 이번 연구는 원이 경쟁의 결과로 만들어졌음을 뒷받침하는 증거를 제시했을 뿐이라는 점을 인정한다. 따라서 추가 실험을 계획하고 있다.
만약 ‘요정의 원’이 수분과 영양분의 부족 때문에 만들어진 것이 사실이라면, 물과 영양분을 충분히 공급하면 내부에 식물이 자라나면서 원은 없어져야 한다. 추가 실험을 통해 이를 입증할 과제가 남아 있는 셈이다.
(대한민국 중심언론 CBS 뉴스FM98.1 / 음악FM93.9 / TV CH 412)
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