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알과 정자를 가진 암컷 게. 몸보다 긴 정자 길이.
암컷이 여러 수컷과 차례로 교미하는 작은 종에 특히 유리.

세계에서 가장 오래된 정자
호박에 1억 년 전 홍합 게의 거대한 정자 보존돼

정자는 적어도 1억 년 동안 존재해 왔다.
최근 호박에 보존된 홍합 게의 거대한 정자에 의해 입증되었다. 원시 나무 수지로 보호된 이 정자 세포의 전체 공이 암컷 게의 정자 주머니에 보존됐다. 이것은 남성 정자 세포의 가장 오래된 증거이며 절지동물의 번식에 대한 새로운 통찰력을 갖게 한다.

▲ 이 화석 홍합 게 (왼쪽)는 복부에 거대한 정자의 공을 가지고 있었다. 이것은 지금까지 동물계에서 가장 오래된 정자 증거다. © Renate Matzke-Karasz

난자 세포와 함께 정자는 유성 생식의 핵심 요소다.
이것은 이 수컷 생식 세포가 부계 유전적 구성을 지니고 수정 과정에서 어머니의 게놈과 융합 할 수 있기 때문이다. 대부분 동물은 말미잘에서 절지동물, 물고기, 육상 척추동물에 이르기까지 이러한 형태의 유전자 교환을 사용하고 있다.

유전 분석에 따르면 동물 진화 초기에도 정자와 같은 정자 세포가 존재했음을 알 수 있다.
그러나 선사 시대 정자의 화석 증거는 드물다. 지금까지 가장 오래된 표본은 5천 만 년 된 환형동물에서 나왔다.

호박에 보존

이것이 최근 바뀌었다.
중국 과학원의 헤 왕(He Wang)과 동료들은 미얀마 산 호박 조각에서 두 배나 더 오래된 정자를 발견했기 때문이다. 그들은 약 1억 년 전에 나무 수지에 싸여 보존된 선사 시대의 홍합 게에서 나왔다. 2엽 껍질을 가진 이 작은 갑각류는 오늘날까지 거의 모든 수역에서 종종 화석으로 발견된다.

그러나 현재 발견은 눈에 띈다.
호박 덕분에 홍합 게의 연조직도 보존되었기 때문이다. X선 현미경의 도움으로 연구진은 이 게의 내부 생명체에 대한 컴퓨터 지원 3D 재구성을 만들고 작은 사지의 세부 사항과 생식 기관의 가장 미세한 구조를 가시적으로 만들었다.
뮌헨 LMU(Ludwig Maximilians University)의 공동 저자 레나테 마츠케-카라츠(Renate Matzke-Karasz)는 “이것은 이러한 장기의 진화에 대해 배울 수 있는 극히 드문 기회다”고 말했다.

▲ 발견된 것을 3D로 재구성 : 홍합 게의 껍데기, 난자(녹색) 및 정자 용기(자주색)와 내부 작용, 그리고 그로부터 분리된 거대한 정자. © He Wang

알과 정자를 가진 암컷 게

암컷 게는 특별한 발견으로 밝혀졌다.
그것은 복부에 4개의 난자를 가지고 있었을 뿐만 아니라 정자 주머니에 남성 정자 세포의 공을 가지고 있기 때문이다. "우리의 화석 표본에 보존된 이 정자 세포는 동물 정자 세포의 가장 오래된 증거다"고 Wang과 그의 팀은 말했다. 1억 년이 된 이들은 벌레 정자보다 두 배나 오래되었다.

"우리의 발견은 다른 화석 사이트에서 거의 발견되지 않는 연 조직도 보존할 수 있는 호박의 능력을 강조한다"고 연구원들은 말했다. 동시에, 이 발견은 홍합 게의 복잡한 생식 기관이 1 억년 동안 거의 변하지 않았다는 것을 보여준다. 과학자들에 따르면, 그러한 고대의 정교한 진화 메커니즘은 발견된 많은 화석에 세부 사항이 기록된 적이 없다.

몸보다 긴 정자

흥미로운 것은 홍합 게는 매우 큰 정자를 생산하는 몇 안 되는 동물 종 중 하나다.
거대한 정자는 때때로 몸 전체보다 10배 더 길 수 있다.
일부 나방, 물 벌레 및 개구리에서 불균형적으로 큰 정자가 알려져 있다.
이 정자 세포의 생산과 수송은 이 동물들에게 상응하게 복잡하다.

화석 거대 정자의 발견은 이제 이러한 노력이 장기적으로도 가치가 있음을 분명히 보여준다. 홍합 게는 적어도 1억 년 동안 이런 종류의 번식을 해왔기 때문이다.
“수컷과 암컷 모두에게 상당한 투자를 필요로 하는 특성이 매우 인상적이다. 거대한 정자를 사용한 성적 생식은 진화론적 관점에서 유리해야 한다”고 Matzke-Karasz는 말했다.

사실, 일부 동물이 크기가 큰 정자를 생산하는 것은 우연이 아닐 것이다.
암컷이 여러 수컷과 차례로 교미하는 작은 종에 특히 유리하다. 더 큰 정자는 경쟁자를 몰아 내고 목적지에 더 안전하게 도달하기 때문에 이점이 있다. 반면에 크고 일부일처제 동물 종의 경우, "저렴한" 많은 정자를 인종에 보내는 것이 더 유리하다.
(Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2020; doi: 10.1098/rspb.2020.1661)

출처: Ludwig-Maximilians-Universität München

[더사이언스플러스] "No Science, No Future" 

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