곤충의 변태 과정 완전정복

완전변태와 불완전변태 한눈에 비교

이름이 '불완전'이라고 해서 덜 진화했다는 뜻은 아닙니다. 발생 방식의 차이를 가리키는 옛 용어일 뿐이고, 매미나 잠자리처럼 불완전변태 곤충도 각자의 환경에서 매우 성공적으로 살아갑니다. 또 하나 주의할 점은 번데기 단계가 있다고 해서 밖에서 보기에 항상 움직이지 않는 것은 아니라는 것입니다. 번데기 속에서는 활발한 재구성이 일어납니다.

왜 이런 차이가 생겼을까요?

화석 기록에서 완전변태 곤충으로 볼 수 있는 가장 이른 화석은 약 2억 8천만 년 전 페름기 지층에서 나옵니다(근사치). 완전변태 무리는 하나의 공통 조상에서 한 번 생겨났다는 쪽이 지배적이며, 불완전변태 조상에서 갈라져 나왔다고 보는 것이 가장 간단한 해석입니다. 완전변태가 널리 퍼진 이유로는 애벌레와 성충이 서로 다른 먹이와 서식지를 쓰기 때문에 같은 종끼리 경쟁이 줄어든다는 설명이 널리 소개됩니다. 나비 애벌레는 잎을 갉아 먹고 성충은 꽃의 꿀을 먹는 식입니다. 다만 이 설명은 확정된 정설이라기보다 대표적인 가설이며, 완전변태가 처음 어떻게 생겨났는지는 오랫동안 논쟁이 이어져 왔습니다.

몸속에서는 두 가지 호르몬이 주연입니다. 엑디스테로이드가 주기적으로 분비되면 허물벗기가 일어나고, 그때 유약호르몬(JH)이 충분히 있으면 허물을 벗어도 어린 모습이 유지됩니다. 유충이 일정한 크기에 이르러 유약호르몬 합성이 멈춘 상태에서 엑디스테로이드가 분비되면 변태가 시작됩니다. 즉 유약호르몬은 '아직 어른이 되지 말라'는 신호에 가깝습니다.

실제 사례 세 가지

사례 1. 17년 만에 땅 위로: 주기매미 Brood X (불완전변태의 사례)

북아메리카 동부에는 13년 또는 17년 주기로 한꺼번에 나타나는 주기매미(periodical cicada)가 있습니다. 이 매미는 일생의 거의 대부분을 땅속 약충으로 지내며 활엽수 뿌리의 수액을 빨아 먹습니다. 약충이 지표로 올라오는 시점은 대체로 봄, 지하 약 20센티미터 깊이의 지온이 약 17.9도(64도F)에 이르는 저녁입니다. 17년 주기의 한 무리인 Brood X는 2021년에 출현했고 다음은 2038년으로 예정된 것으로 정리됩니다(위키백과 기준). 한꺼번에 나오는 규모는 1에이커에 150만 마리를 넘기도 합니다. 이 대량 출현은 포식자가 다 먹지 못하게 하는 '포식자 포화' 전략으로 해석되며, 소수 약충이라도 살아남아 번식하게 한다는 설명입니다. 소수(13, 17년) 주기가 짧은 주기의 포식자를 피하는 데 유리하다는 가설도 제시됩니다. 배울 점은 불완전변태라도 약충 시기가 17년에 이를 수 있고, 변태의 시기가 온도 같은 환경 신호에 맞춰 정밀하게 조절된다는 것입니다. 포식자 포화와 주기 길이에 관한 설명은 가설이므로 확정된 사실처럼 받아들이지는 마세요.

사례 2. 번데기 속에서도 사라지지 않은 기억: 담배박각시 실험 (완전변태의 사례)

번데기 안에서는 애벌레의 조직 상당 부분이 해체되고 다시 만들어집니다. 그렇다면 애벌레가 배운 것은 나방이 되어서도 남아 있을까요? 미국 연구진 블랙키스턴, 실바 케이시, 와이스는 2008년 PLoS ONE에 이 질문을 다룬 논문을 발표했습니다. 담배박각시(Manduca sexta) 유충에게 특정 냄새를 맡으면 약한 전기 충격을 주는 훈련을 시킨 뒤, 유충 때와 성충이 된 뒤에 같은 냄새를 피하는지 확인했습니다. 마지막 유충 단계에서 훈련받은 개체는 성충이 되어서도 그 냄새를 피했습니다. 번데기에 냄새를 묻히거나 번데기를 씻는 대조 실험에서는 행동이 달라지지 않아, 냄새가 몸에 남아서 생긴 효과는 아닌 것으로 나타났습니다. 반면 더 어린 3령 유충 때 훈련한 개체는 유충 때는 냄새를 피했지만 성충에서는 피하지 않았습니다. 저자들은 뇌 부위의 발달 시기와 연결해 해석했습니다. 배울 점은 변태가 '몸을 완전히 새로 짓는 일'이라는 이미지에도 예외적 연속성이 있을 수 있다는 것입니다. 이 결과가 모든 곤충으로 일반화되는 것은 아닙니다.

사례 3. 곤충 종의 절반 가까이를 차지하는 무리: 완전변태 곤충 (화석과 분류의 사례)

완전변태를 하는 곤충은 딱정벌레목, 파리목, 벌목(벌·개미), 나비목, 벼룩목, 날도래목 등 13개 목으로 분류되는 대규모 무리입니다(위키백과 기준, 멸종한 목 포함). 이들이 알려진 현생 곤충 종의 약 45~60퍼센트를 차지한다고 정리되는데, 정확한 비율은 자료와 시점에 따라 달라집니다. 가장 이른 화석은 페름기로 거슬러 올라갑니다. 이 무리가 성공한 이유에 대해 애벌레와 성충의 생활 영역이 갈린 점이 핵심이라는 설명이 널리 인용되지만, 이 설명은 아직 가설의 성격이 강합니다. 배울 점은 '번데기 단계'라는 하나의 특징이 한 생물 무리의 다양성과 연결되어 있을 가능성이 있다는 것, 그리고 그 인과는 아직 완전히 증명되지 않았다는 점입니다.

직접 관찰해 보기

• 집 주변에서 확인: 허물(탈피각)이 붙은 풀잎이나 나무줄기를 찾아보세요. 매미나 잠자리 허물은 여름에 쉽게 눈에 띕니다. 만지기 전에 장갑이나 도구를 쓰고, 살아 있는 개체는 해치지 않습니다.
• 분류해 보기: 본 곤충의 어린 모습이 성충과 비슷한지 사진으로 기록한 뒤 위 표에 따라 완전변태와 불완전변태로 나눠 보세요.
• 야생 개체 채집 주의: 학교 과제나 사육이라면 지역의 보호종 여부와 규정을 먼저 확인하세요. 특히 멸종위기종과 보호구역의 개체는 채집하지 않습니다.
• 기록 남기기: 날짜, 장소, 단계를 간단히 적으면 지역의 계절 변화를 비교할 수 있습니다.

흔한 오해와 정정

• 오해: 번데기 안에서 애벌레가 완전히 녹아 없어졌다가 새로 만들어진다. 실제: 많은 부분이 재구성되지만 뇌의 일부 영역처럼 변태를 거쳐 유지되는 부분도 있는 것으로 보입니다. 사례 2의 기억 실험이 이를 시사합니다.
• 오해: 불완전변태는 변태가 덜 진행된 열등한 방식이다. 실제: 서로 다른 진화 경로의 결과일 뿐 우열이 있는 것이 아닙니다.
• 오해: 거미나 지네도 곤충처럼 변태한다. 실제: 거미는 거미강에 속하는 절지동물로 곤충과 다른 무리이며, 곤충식 완전변태나 불완전변태 도식을 그대로 적용하지 않습니다.

한계와 더 알아볼 점

완전변태가 어떻게 처음 생겨났는지는 오랫동안 논쟁 중입니다. 배아가 덜 발달한 상태에서 일찍 부화한 것이 유충의 기원이라는 이른바 조기 부화설 등이 제시되었지만, 이에 대한 비판도 있어 모든 증거를 설명하는 가설은 아직 없습니다. 또 곤충 종의 비율, 화석의 연대 같은 수치는 연구와 분류 체계에 따라 달라지므로 이 글의 수치는 큰 그림을 잡기 위한 근사치로 읽어야 합니다. 더 알고 싶다면 대학 생물학 교재나 곤충학회 자료, 위키백과의 완전변태·불완전변태 항목을 비교해 보세요. 같은 방식으로 환경이 생물에 미치는 영향이 궁금하다면동물의 이동 습성 가이드, 먹이 관계는 생태계 먹이사슬 가이드, 유전과 발생의 바탕은 DNA와 유전자 기초 가이드도 함께 확인해 보세요.

자주 묻는 질문