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- 철분이 풍부한 면역 세포가 센서 역할을 하는 것으로 나타나
- 간의 철 이온은 주로 특정 면역 세포인 대식세포에 축적돼
- 대식세포의 철은 산화물 나노입자 형태로 결정화되어 세포를 초상자성체로 만들고 자기장에 반응

비둘기의 나침반은 간에 있다.

비둘기는 먼 거리를 이동하며 집으로 돌아오기 위해 지구 자기장을 비롯한 여러 가지 방법을 사용한다. 하지만 비둘기가 어떻게 자기장을 인지하는지는 오랫동안 논쟁거리였다. 최근 연구에 따르면 간에 있는 철분이 풍부한 면역 세포가 센서 역할을 하는 것으로 나타났다. 연구진이 이 세포를 비활성화시키자 비둘기의 내부 나침반 기능이 제대로 작동하지 않았다. 맑은 날에는 태양을 이용해 길을 찾을 수 있었지만, 흐린 날에는 방향 감각을 잃었다. 

▲ 비둘기는 집으로 돌아가는 놀라운 능력을 가지고 있다. 연구진은 이제 그 능력의 새로운 메커니즘을 발견했을 가능성이 있다. © Christian Ziegler/Max Planck Institute of Animal Behavior

수천 년 동안 인간은 비둘기를 전령으로 이용해 왔다. 비둘기는 뛰어난 방향 감각 덕분에 수백 킬로미터 떨어진 곳에서도 집으로 돌아올 수 있다. 하지만 비둘기가 정확히 어떻게 길을 찾는지는 여전히 불분명하다. 이전 연구에서는 비둘기가 눈에 있는 특수 수용체를 통해 지구 자기장을 "볼" 수 있다고 주장했다. 또 다른 연구에서는 부리의 표피와 내이에 자기 감각 기관이 있다고 지적했다.

간 속의 자기 감지 세포

본 대학교의 클리비아 리소프스키(Clivia Lisowski)가 이끄는 연구팀은 비둘기의 자기 감지 능력이 있는 또 다른 부위를 발견했다. 바로 간의 면역 세포다. 연구팀은 비둘기의 다양한 조직에서 자기장에 반응하는 세포를 조사했다. 그 결과, 철을 함유한 세포가 간에도 존재하며, 눈, 부리, 뇌 등 다른 부위보다 훨씬 더 많이 발견되었다.

더 자세한 분석 결과, 간의 철 이온은 주로 특정 면역 세포인 대식세포에 축적되는 것으로 나타났다. 이 식세포는 병원균과 세포 조각, 특히 철을 함유한 적혈구 잔해를 분해한다. 공동 저자인 뒤스부르크-에센 대학교의 울프 비드발트(Ulf Wiedwald)는 "대식세포의 철은 산화물 나노입자 형태로 결정화되어 세포를 초상자성체로 만들고 자기장에 반응하게 한다"고 설명했다.

▲ 클로드로네이트 치료가 비둘기 길찾기에 미치는 영향. (A) 비둘기(n=34)에게 서쪽에서 동쪽으로 집으로 돌아오도록 훈련시켰다. 악천후(2년에 걸쳐 총 6일간의 실험 기간 동안 완전히 흐린 날씨) 하루 전날, 비둘기들에게 클로드로네이트 0.5ml(n=18) 또는 대조군 리포솜 0.5ml(n=16)를 정맥 주사했다. (B) 24~28시간 후, 비둘기들을 집에서 19km 떨어진 곳에 풀어놓고 GPS로 추적했다(흰색은 대조군, n=16; 빨간색은 클로드로네이트 투여군, 흐린 날씨, n=18; 노란색은 클로드로네이트 투여군, 맑은 날씨, n=9). (출처:

방향 감각을 위한 이중 안전장치

철을 함유한 대식세포가 비둘기의 자기 감각에 실제로 관여하는지 알아보기 위해, 연구팀은 비둘기 몇 마리를 훈련시켜 콘스탄츠에 있는 막스 플랑크 동물 행동 연구소의 비둘기집으로 약 20km 거리를 돌아오도록 했다. 연구팀은 GPS를 이용해 비둘기들의 위치를 ​​추적했다.

모든 비둘기가 안정적으로 비둘기집을 찾아낸 후, 연구팀은 일부 비둘기에게 대식세포를 죽이는 독을 주입하여 자기 감지 기능을 가진 것으로 추정되는 세포를 제거했다. 그 결과, 연구팀이 흐린 날씨에 이 비둘기들을 다시 보내자, 비둘기들은 목적 없이 여러 방향으로 날아다니며 비둘기집으로 돌아오지 못했다. 하지만 맑은 날씨에는 비둘기들이 태양을 기준으로 방향을 잡는 듯했고, 대조군 비둘기들과 마찬가지로 안정적으로 비둘기집으로 돌아왔다.

▲ 대식세포가 결핍된 귀소비둘기는 맑은 날(주황색)에는 성공적으로 집으로 돌아왔지만, 흐린 날(파란색)에는 그러지 못했다. © Martin Wikelski / Max Planck Institute of Animal Behavior

막스 플랑크 동물 행동 연구소의 공동 저자인 마틴 위켈스키(Martin Wikelski)는 "이번 연구는 동물의 자기 감지에 대한 이전에 알려지지 않았던 메커니즘을 밝혀냈다"고 말했다. 연구진은 기계론적 설명을 찾던 중 철분이 풍부한 대식세포가 뇌로 정보를 전달하는 신경 섬유 근처에 위치한다는 사실을 발견했다. 리소프스키는 "이번 발견은 지구 자기장이 신체에서 어떻게 감지되어 뇌로 전달되고 운동을 제어하는지에 대한 최초의 증거를 제시한다"고 설명했다. 그러나 세포가 신호를 어떻게 인코딩하고 뇌에서 어떻게 처리하는지는 아직 명확히 밝혀지지 않았다.

이번 연구에 참여하지 않은 런던 동물학회의 사이먼 스피로(Simon Spiro)와 옥스퍼드 대학교의 할 드레이크스미스(Hal Drakesmith)는 함께 발표한 논평에서 비둘기의 자기 감지 부위가 여러 곳에서 발견되었다고 지적한다. "각각의 연구에서 서로 다른 감지 방식과 해부학적 위치를 제시하고 있지만, 수십 년간의 연구에도 불구하고 자기 감지 메커니즘을 정확히 규명하지 못했다"고 그들은 썼다. 그들은 이러한 결과가 상황에 따라 여러 가지 상호 보완적인 과정이 작용할 가능성을 시사한다고 주장한다. "어둠 속에서 집으로 가는 길을 찾는 데 여러 가지 방법이 있는 것은 유용할 수 있다.”

Clivia Lisowski(본 대학교) 외, Science, doi: 10.1126/science.ady2486

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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