I'm going to talk to you today about sea slugs and solar power. My background and what I do -- I'm an invertebrate zoologist. So invertebrate animals are animals that don't have a backbone. So this is actually most of the animals on the planet. It ranges from things like insects to clams to sea sponges to worms. And a great other many things that we don't have time to talk about today.
오늘 저는 바다 민달팽이와 태양 에너지 이야기를 하려고 합니다. 저는 무척추동물 학자입니다. 무척추동물이란 척추뼈가 없는 동물이죠. 지구에 사는 대부분의 동물이 무척추동물입니다. 곤충뿐 아니라 조개, 해면, 벌레 등 무척추동물의 종류는 다양합니다. 우리가 한 번도 들어보지 못한 정말 다양한 무척추동물이 존재하죠.
On our planet, most of the biological energy that we have available comes, ultimately, from the sun. The process from this being converted to solar energy, to biological energy is photosynthesis. You’re probably familiar with this as something that plants do. And all of the food that we eat ultimately comes from photosynthesis, either us directly eating plants or eating animals that eat plants. And that's really where all of the energy that all of the animals have comes from.
지구에서 우리가 사용할 수 있는 생물학적 에너지 대부분은 태양으로부터 공급받습니다. 태양에너지가 생물학적 에너지로 전환되는 과정이 바로 광합성입니다. 아마도 여러분은 식물의 광합성을 떠올리시겠죠. 사실 우리가 섭취하는 모든 음식물은 광합성을 통해 얻습니다. 식물을 직접 먹기도 하고 식물을 먹고 자란 동물을 먹기도 하죠. 광합성은 동물이 에너지를 얻는 데 꼭 필요한 과정입니다.
However, there are a few animals that have managed to get around that and become photosynthetic themselves and are able to capture the energy from the sun, convert it into biological energy, right? So just like plants, they take carbon dioxide in sunlight, turn it into sugar and oxygen.
하지만, 식물의 광합성을 통하지 않고 스스로 광합성을 해내는 동물들도 간혹 존재합니다. 이 동물들은 태양 에너지를 모아서 생물학적 에너지로 전환하죠. 마치 식물처럼 햇빛의 이산화탄소를 흡수하고 이것을 당과 산소로 바꿉니다.
The best and most famous example of this are the corals. The photos that we're looking at here are some some corals from the Red Sea in Egypt and from a reef in Cuba. All the photos I'm going to share with you today are photographs I've taken. And when I've gotten photos from the field, I put the location there, if you're interested. The photos from the laboratory won't be labeled like that. They have a black background on them. Corals are able to photosynthesize because of a special partnership, a symbiosis that they have with a single-celled algae called zooxanthellae. The algae live inside of cells of the coral, capture the sunlight and provide the corals with sugar. So effectively we have photosynthetic animals.
스스로 광합성을 하는 동물 중 가장 잘 알려진 것은 바로 산호입니다. 여기 보이는 사진은 이집트 홍해와 쿠바의 암초에 서식하는 산호입니다. 오늘 보여드리는 사진은 전부 제가 직접 찍은 것이죠. 현장에서 제가 촬영한 사진은 이렇게 어디에서 찍었는지 다 기재해 놓았습니다. 연구실에서 찍은 사진들은 이런 식으로 기재하지 않습니다. 그저 검은 배경이 있을 뿐이죠. 산호가 광합성을 할 수 있는 이유는 바로 주산텔라라는 단세포 조류와의 특별한 공생 관계 덕분입니다. 주산텔라는 산호의 세포 안에 서식하면서 햇빛을 모으고 산호에 당을 공급합니다. 이를 통해 산호는 효과적으로 광합성을 해냅니다.
This is unusual, but actually occurs in quite a lot of the corals and many of their relatives, and actually happens in a fair number of other animals as well. So we see this in things like some sea sponges, we see this in some flatworms, and we see it in other animals closely related to corals like sea anemones and jellyfish.
일반적이지는 않지만 꽤 많은 종류의 산호와 그 동류들에게서 실제로 일어나는 현상입니다. 상당수의 다른 동물종 역시 광합성을 합니다. 예를 들면 해면, 편형벌레 그리고 산호와 비슷한 다른 동물들도 광합성을 할 수 있습니다. 아네모네와 해파리처럼요.
So this is an upside down jellyfish. This is an organism that, just like the corals we were talking about, has these zooxanthellae inside of them and can photosynthesize. So this animal lives in like, shallow mangroves throughout the world and just lays on the bottom, capturing sunlight. I keep a few in my laboratory that I use for teaching, and I don't actually have to feed them. I just give them light from one of my aquarium lights, and I’ve managed to keep some of them there for two years. And I use them in my invertebrate zoology courses.
이것은 업사이드다운 해파리입니다. 앞서 이야기한 산호처럼 주산텔라를 몸 속에 지니고 있고 광합성를 할 수 있는 유기체입니다. 이 동물은 지구 전역에서 얕은 물의 맹그로브 같은 나무에 살면서 바닥에 누워 햇빛을 모으죠. 업사이드다운 해파리 몇 마리를 연구실에서 키우고 있는데 사실 제가 따로 먹이를 챙겨주지 않습니다. 제가 하는 일이라곤 수족관 조명으로 빛을 쏘아주는 것 뿐인데 그 중 몇 마리는 그 곳에서 2년째 잘 살고 있습니다. 그리고 제 무척추동물학 강의에 이 동물을 활용하죠.
I like the jellyfish, though, even though the coral is perhaps a more famous example. The jellyfish is nice because we can take a tentacle of a jellyfish and look at it under the microscope, and that allows us to see this process. So this is a micrograph, a microscopic photograph I've taken, of some zooxanthellae from the tentacle of the upside-down jellyfish Cassiopeia. And I did this back at my laboratory in Tampa. And all of those little golden brown spheres that we're seeing, each one of those is one of those algal cells. So they're loaded in there quite densely. There's a lot of them there. So these animals are able to photosynthesize that way. So it's quite remarkable that we have animals that are not doing the typical animal thing. The jellyfish can still feed, and in the wild, they do. But they can get most of their energy just from the sun. Fantastic.
저는 해파리를 좋아합니다. 더 잘 알려진 사례는 산호겠지만요. 해파리는 친절합니다. 촉수를 뽑을 수 있거든요. 촉수를 현미경으로 관찰하면 이 과정을 잘 볼 수 있죠. 이것은 제가 현미경으로 찍은 사진인데 카시오페아라는 업사이드다운 해파리의 촉수에 있는 주산텔라가 보입니다. 저는 탐파의 제 연구실로 돌아와 이것을 관찰했는데 여기 보이는 이 작은 황갈색 구들이 각각 하나의 조류 세포입니다. 굉징히 조밀하게 운집되어 있죠. 세포가 무척 많이 보입니다. 이 동물은 이런 식으로 광합성을 할 수 있는 거죠. 여기서 우리가 주목해야 할 것은 전형적 특성을 따르지 않는 동물이 있다는 겁니다. 야생에서 해파리는 먹이를 먹기도 하지만 대부분의 에너지는 태양으로부터 얻습니다. 신기한 일이죠.
I primarily study a group of organisms called mollusks. Mollusks are probably familiar to some of you, if, because of nothing else, because of their shells and in some cases as food. So these include animals like snails and clams. Also things like octopus and squids and some other strange things that we won't have time to go into today. But the mollusks are a fantastically diverse group. They are the second most diverse group of animals on the planet after the arthropods, which win out because of the insects. But in terms of sheer diversity in body form, the mollusks, I would argue, are in fact the most diverse and range from things smaller than grains of rice to colossal squids that are absolutely enormous.
저는 연체동물을 주로 연구해 왔습니다. 연체동물은 다른 것보다도 조개 껍데기나 식재료로 여기 몇몇 분들도 이미 친숙하실 텐데요. 달팽이, 조개, 문어, 오징어도 연체동물입니다. 오늘 이 강연에서는 다루지 않는, 특이하게 생긴 연체동물들도 있습니다. 연체동물은 종이 굉장히 다양합니다. 수많은 곤충류를 포함하는 절지동물 다음으로 연체동물은 지구상에서 두 번째로 가장 많은 동물종이 속하는 그룹입니다. 하지만 순전히 동물을 체형으로만 분류한다면 단언컨대 가장 많은 동물종이 연체동물에 속할 것입니다. 쌀 한 톨보다 작은 종부터 거대한 남극하트지느러미오징어까지 여기에 속하는 동물은 매우 다양하죠.
And we have photosynthesis within our mollusks as well. So these are giant clams. They're fantastically beautiful animals. They live in tropical coral reefs in the Indo-Pacific, primarily. And when I say giant, there's a range. Some of the species aren't quite so large, but some of them are absolutely enormous, and they’re beautiful. And a lot of the coloration we're seeing in some of these comes from their symbiotic algae. They have the same zooxanthellae that we saw within the corals. Unfortunately, giant clams are rather difficult to see in the wild. They've been overharvested in many areas because people want their large shells and they are also eaten. That's a very interesting symbiosis too.
스스로 광합성을 하는 연체동물들도 있습니다. 이것들은 대왕조개입니다. 무척 아름답게 생겼죠. 이 조개들은 주로 인도태평양 해역의 열대 산호초에 서식합니다. 대왕이라고 표현하긴 했지만 사실 크기가 다양합니다. 어떤 종은 그렇게 크지 않아요. 하지만 어떤 종들은 엄청나게 크고 아름답죠. 이 다채로운 천연의 색감은 이들과 공생하는 조류 덕분입니다. 산호에서 봤던 것과 동일한 주산텔라를 갖고 있는 거죠. 안타깝게도 이 대왕조개들은 자연에서 직접 보기는 어렵게 됐습니다. 사람들이 껍데기를 얻거나 살을 먹으려고 여러 곳에서 과잉채집했기 때문이죠. 이들 역시 아주 흥미로운 공생 관계입니다.
But the group that I'm most interested in are called the gastropods. Gastropods are snails and slugs. So your typical garden snail that you may be familiar with and many of the seashells that you may have collected visiting the beach come from gastropods. So this is a tremendously diverse group of mollusks. They're the most diverse group of mollusks in terms of number of species. Quite a large number of them. And they're fantastically interesting. I wish we had time to go into more of them here. The one in the middle is a cone snail, one of the most venomous animals on the planet. And also a ... subject of a great deal of biomedical research studying the potential of its venom.
하지만 제가 가장 관심 있는 동물은 바로 복족류입니다. 복족류는 달팽이와 민달팽이 등이죠. 여러분이 정원에서 흔히 볼 수 있는 달팽이와 바닷가에 갔을 때 모아온 조개가 복족류에 속합니다. 복족류는 굉장히 다양한 종류의 연체동물들을 지칭합니다. 종의 개수로 가장 많은 종이 속한 연체동물 그룹입니다. 복족류는 정말 다양하고 굉장히 흥미롭습니다. 오늘 복족류를 더 자세히 다루지 못해 아쉽네요. 가운데 보이는 것이 청자고둥인데 지구 상에서 가장 독성이 강한 동물 중 하나죠. 그리고 또, 이것은 독의 잠재력를 연구하는 수많은 생물의학 연구의 주제이기도 합니다. 사실 저는 민달팽이를 제일 좋아합니다.
But my real passion is slugs. My favorite thing to do is go scuba diving in a tropical coral reef and look for sea slugs. And a sea slug, ultimately, or any slug, is a snail that, over the course of evolution, has lost its shell. So a slug is just a snail minus the shell, right? And this has happened multiple times. This was not a single evolutionary event, but one that occurred over and over again. And so we have multiple unrelated groups of snails that have either greatly reduced or lost their shell over the course of evolution. There's a few of them shown here, just to show you some variety. This includes the head shield slugs. There are sea hares as well as the pulmonates, or air-breathing, slugs, which may show up in your garden and cause you a great deal of displeasure.
열대 산호초 지역에서 스쿠버다이빙을 하며 바다 민달팽 관찰하는 걸 즐기죠. 바다 민달팽이 외 모든 민달팽이들은 전부 달팽이에서 유래되었는데 진화를 거듭하는 과정에서 껍데기가 사라졌습니다. 쉽게 말해 달팽이에서 껍데기가 빠진 것이고 이 과정이 여러 번 반복된 거죠. 단 한 번 만에 완성된 진화가 아니라 반복된 진화의 결과라는 뜻입니다. 그래서 민달팽이는 달팽이와 전혀 연관성이 없는 듯 보이지만 반복된 진화로 껍데기가 거의 없어지거나 아예 없어진 달팽이인 것이죠. 민달팽이의 다양한 종을 보여드리기 위해 사진을 몇 장 준비해 봤습니다. 헤드쉴드 민달팽이도 있고요. 몇 종류의 군소들도 보입니다. 또 공기로 호흡하는 유폐류도 있는데 정원에서 마주치면 전혀 달갑지 않죠.
Now, the most common question that I get when I tell people what I do for a living, studying slugs, is, “Why would you do that? Why study slugs? You could do anything. Why do that?" And I think the best way to explain this to you all is not to tell you, but to show you.
제가 가장 많이 받는 질문이 있습니다. 제가 민달팽이를 연구한다고 하면 사람들은 이렇게 묻죠. “도대체 그걸 왜 해?” “왜 민달팽이를 연구해?” “다른 것도 할 수 있잖아.” “대체 왜 하는 거야?” 이 질문에 대한 대답은 말로 설명하기보다 직접 보여드리죠.
So here are some of the slugs I've encountered in my travels. They are fantastically weird. They're fantastically beautiful. They do some very strange things. There’s a lot of really interesting biology going on with these animals. And there’s so much that we don’t know. Many slugs, the only scientific paper written on them is a species description. And there's many more out there that haven't even been described. So there's so much for us to learn and so much that we don't know. It's just wide open and so fascinating to me.
제가 여행하면서 만난 민달팽이들입니다. 정말 이상하게 생겼죠. 하지만 환상적으로 아름다워요. 민달팽이는 굉장히 특이한 행동을 합니다. 민달팽이를 주제로 한 아주 흥미로운 생물학 연구도 많고 이것에 대해 우리가 몰랐던 사실이 정말 많습니다. 과학 논문에 수록된 내용은 민달팽이에 대한 간략한 설명 뿐이지만 아직 논문에 나오지 않는 비밀이 많이 있습니다. 우리가 알아야 할 것과 몰랐던 것이 너무 많다는 거죠. 이것이 제가 민달팽이 연구에 몰두하는 이유입니다.
Now, in the ocean, there are many types of slugs. I've sort of shown you that already. There's two groups that I'm going to tell you about now. One group is probably the most famous of them and certainly the most diverse in terms of total number of species, are the nudibranchs. And that name, “nudi,” means naked, but "branch" means gills. So it's referring to those feathery tufts that we're seeing on these animals. They're beautiful, they're diverse, they're interesting, and they're carnivores. They eat other animals, mostly -- they are slugs, right, so they’re not chasing things down. They eat other slow things. So sometimes other slugs, they also eat things like sponges and in some cases, relatives of our corals, like sea anemones. And some of these nudibranchs that do that are able to take those zooxanthellae that we were talking about earlier, put them inside of their own cells, and then they become photosynthetic. So they steal their photosynthesis. They're excellent thieves. Some of them even steal the stinging cells out of jellyfish and anemones and use them for their own defense. Absolutely fantastic.
바다에는 매우 다양한 종류의 민달팽이가 서식합니다. 제가 미리 이것을 분류해 봤는데 오늘은 민달팽이를 두 부류로 나눠 설명해 드리고자 합니다. 한 부류는 민달팽이 중에서도 가장 잘 알려져 있고 가장 많은 종의 민달팽이가 속하는 나새류입니다. ‘나’는 ‘벌거벗은’이란 뜻이고 ‘새’는 아가미를 뜻하죠. 나새류의 몸에 보이는 깃털 같은 것들의 다발에서 유래된 이름입니다. 아름답고, 흥미롭고, 다채롭습니다. 나새류는 육식동물입니다. 나새류는 다른 동물을 먹고 사는데, 주로 민달팽이를 먹이로 삼기 때문에 굳이 다른 동물을 추격할 필요가 없죠. 다른 느린 동물을 먹으니까요. 그래서 종종 다른 민달팽이나 해면을 먹기도 하고 아네모네와 같은 산호의 친족 동물을 먹기도 하죠. 어떤 나새류 종들은 앞서 이야기한 주산텔라를 취할 수도 있습니다. 주산텔라를 나새류 자신의 세포에 넣어서 광합성을 하는 것이죠. 즉 나새류는 주산텔라의 광합성을 훔치는 것입니다. 아주 영리한 도둑이죠. 어떤 나새류들은 산호와 아네모네의 자세포까지 훔쳐서 자기 방어에 이용하기도 하니까요. 정말 기상천외합니다.
This is my favorite group of slugs. These are the sacoglossan sea slugs. They are also thieves. They are, you may notice, green, right? Some of them are green for camouflage, but many of them are green for a very different reason. These slugs are herbivores, and they have a special single little tooth, and they just poke one little hole into the algae, and then they slurp out the contents inside of it. And they take some of those contents and they digest them. But others, the chloroplasts, which are the organelles inside of a plant cell that allows plants to photosynthesize, the slugs take those and stick them inside of their own cells, and then they become photosynthetic. We call this kleptoplasty. "Klepto", as in to steal, "plasty" as in chloroplast, right? So they've stolen chloroplasts. And these slugs, it varies, some of them can only do this for a couple of days, but some can do this for many months, even complete their entire life cycle.
이것은 제가 가장 좋아하는 또다른 부류인 사코글로사 바다민달팽입니다. 사코글로사 역시 도둑이죠. 아마도 눈치채셨겠지만 이것들이 초록색인 거 보이시죠? 위장을 위해 초록색을 띠기도 하지만 대부분은 다른 이유로 초록색을 띠게 되었습니다. 이 민달팽이는 초식 동물인데 특이하게도 아주 작은 이빨을 하나 갖고 있습니다. 사코글로사는 조류 안으로 작은 구멍을 찔러 넣어서 그 안의 내용물을 후루룩 빨아들입니다. 그리고 그 내용물 중 일부를 소화시키죠. 엽록체는 식물의 광합성에 필요한 식물 세포 내 소기관인데 사코글로사는 이 엽록체를 뺏어 자기 세포 안에 붙입니다. 그리고 광합성을 하기 시작하죠. 우리는 이것을 도둑색소체라고 부릅니다. “Kleto”는 훔치다, “plasty”는 엽록체를 뜻합니다. 즉 도둑맞은 엽록체란 뜻이죠. 이러한 사코글로사도 종류가 다양한데 어떤 종은 도둑 광합성을 단 며칠만 하기도 하고 어떤 종들은 수 개월, 심지어 살아가는 내내 지속하기도 합니다.
Let's take a little bit closer look at the digestive track of one of these slugs. This is a photo by my colleague Nick Curtis. And this is showing us the digestive tubules of these animals. So their digestive track is highly branched. It goes in many different directions. And at the end of these branches, we have these cul de sacs that are loaded with chloroplasts. If we look closer at a single cell in one of these cul de sacs, also a photo by my colleague Nick Curtis, we see a single cell here. That's what we're looking at, that structure labeled N. That is the nucleus of the cell. But all of those structures labeled C and everything that looks like them, those circles, those are chloroplasts, and they're jammed in there so tight and so dense that there's more chloroplasts in that cell than you would find in the algae, at least in terms of density. This is wonderful. These animals have stolen photosynthesis, and you can see some of them kind of look like leafs, right? They're super green, they're fantastically photosynthetic.
이 중 한 종류의 소화 과정에 대해 좀 더 자세히 알아볼게요. 닉 커티스라는 제 동료가 찍은 사진인데요. 이것은 이 동물들의 소화 세관을 보여줍니다. 소화관이 굉장히 세분화되어 있습니다. 여러 방향으로 갈라져 있죠. 이 소화관의 끝에는 엽록체로 채워진 막힌 관이 있습니다. 제 동료인 닉 커티스가 찍은 다른 사진을 통해 이 막힌 관의 세포 한 개를 더 가까이서 들여다볼게요. N이라고 쓰인 부분이 바로 세포의 핵입니다. 그리고 C가 붙어있는 구조와 똑같이 생긴 것들, 즉, 저 동그라미들은 다 엽록체인데 굉장히 조밀하게 배열되어 있습니다. 그 세포 안에 있는 엽록체가 조류보다 더 많다는 겁니다. 최소한 밀도 측면에서만 본다면요. 엄청난 일이죠. 이 동물들은 도둑 광합성을 하고 있습니다. 나뭇잎처럼 생긴 것 보이시죠? 이들은 완전한 초록색이고 기상천외한 방법으로 광합성을 합니다.
And how they do this is somewhat of a mystery. Taking a chloroplast and sticking inside of a cell is not enough to become photosynthetic. Chloroplasts need things that the algae provide to them that animals shouldn’t be able to do. And we've started to unravel some of this. And this is a slow process and something that we're just really scratching the surface of. But one of the things that we've discovered for the two slugs shown here, the emerald sea slug, which can photosynthesize for its entire adult life cycle, nine months after one meal. And the lettuce sea slug, which lives throughout the Caribbean and the primary one I study, photosynthesizes three or four months after a meal. Both of these animals are able to make chlorophyll, which is one of the chemicals that is needed for photosynthesis to occur. And animals should not be able to do this. But somehow these slugs have managed to do it. And so this is one of the things that I find really exciting and that we're trying to unravel.
어떻게 광합성을 하는지는 아직 풀리지 않은 수수께끼입니다. 엽록체를 먹어서 그것을 세포 안에 붙이는 것만으로는 광합성을 설명하기에 부족하죠. 광합성을 하기 위해 엽록체는 조류가 제공하는 물질이 필요한데 이것은 동물이 스스로 할 수 없는 일입니다. 우리는 이 수수께끼를 풀기 시작했습니다. 이제 겨우 시작 단계일 뿐이지만 천천히 신중하게 풀어가고 있습니다. 여기 보이는 두 개의 민달팽이를 통해 우리가 발견한 사실 하나는 푸른 민달팽이가 한 번의 식사 후 자신의 성체 수명인 9개월 내내 광합성을 할 수 있다는 것입니다. 카리브해 전역에 서식하는 상추 민달팰이는 제가 주로 연구하는 종으로 한 번 식사를 하면 3~4개월 동안 광합성을 합니다. 이 두 동물 모두 엽록소를 생산할 수 있습니다. 엽록소는 광합성을 하는 데에 필요한 화학 물질 중 하나입니다. 동물들은 엽록소를 만들어낼 수 없죠. 하지만 이 민달팽이들은 스스로 엽록소를 생성할 수 있습니다. 제가 찾아낸 아주 흥미로운 사실이고 그 비밀을 풀기 위해 노력하고 있죠.
But there's so many things that we still don't know about this. So many questions we haven't even thought of yet to ask. What's going on here at the cellular level? What's happening at the molecular level? What's happening at the biochemical level? We're starting to get the answers to these questions. But there's so much we don't know yet. Why are some of them blue? I have no idea. But some of our slugs are occasionally this wonderful blue color, something we hope to someday figure out.
우리는 여전히 이 동물들에 대해 모르는 것이 정말 많습니다. 물어볼 생각조차 하지 못한 질문들이 아직 많죠. 세포 안에서는 무슨 일이 일어날까요? 분자 수준에서는 무슨 일이 벌어지고 있을까요? 생화학적 수준에서는 어떨까요? 우리는 지금부터 이 질문에 대한 답을 찾고자 합니다. 아직 모르는 것들이 많긴 하지만요. 왜 저것들은 파란색일까요? 저도 아직 모릅니다. 하지만 민달팽이는 종종 이런 멋진 푸른색을 띠기도 하고 우리는 언젠가 그 이유를 밝혀내고 싶습니다.
So I hope you've enjoyed this introduction to sea slugs. I hope this leaves you curious to learn more about slugs and other invertebrates. There's just so much that we don't know and so much out there for us to learn.
바다 민달팽이에 대한 오늘 제 강연이 재미있으셨기를 바랍니다. 이 강연을 듣고 민달팽이와 다른 무척추동물에 대해 호기심이 생기셨으면 좋겠습니다. 아직 우리가 모르는 것도, 배울 것도 무궁무진하거든요.
Thank you very much.
대단히 감사합니다.
(Applause)
(박수)