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- 다세포 유기체는 5억 6천만 년 이상 동안 지구에 서식해 왔다.
- 다세포 세포 발달의 첫 번째 단계는 해면체의 가까운 친척
- 이전에 가정한 것보다 훨씬 더 복잡한 구조를 형성했을 것

스펀지(해면) 가계도
다세포 진화에 관한 치열한 논쟁

진화 생물학자들 사이에서 논쟁의 여지가 가장 큰 문제 중 하나다.
모든 다세포 동물의 공통 조상은 누구일까? 연구 역사상 가장 인기 있는 후보는 해면과 갈비 해파리였다. 그들은 이미 여러 라운드에서 서로 경쟁했다. 

▲ 밝은 색의 갈비뼈 해파리는 진화에 있어 해면의 가장 강력한 경쟁자다. © LPETTET / 게티 이미지

선사 시대 정보:
다세포 유기체는 5억 6천만 년 이상 동안 지구에 서식해 왔다.
일부 연구에서는 최초의 선사 시대 동물이 7억 년 전에 진화했다고 제안하기도 한다. 연구자들은 다세포 세포가 단세포 미생물에서 진화했다고 가정한다. 이 원생동물은 편모의 도움으로 움직였을 것이며 이 점에서 오늘날에도 여전히 존재하는 choanoflagellates와 유사하다. 해면은 유사한 고리 채찍 세포(choanocytes)를 가지고 있기 때문에 초기 진화에서 결정적인 역할을 했다고 가정했다.

라운드 1: 그들의 신경 세포를 증거로

2009년 뮌헨 대학의 Gert Wörheide가 이끄는 연구원들은 지금까지 가장 광범위한 계통 유전체학 연구를 발표했다. 이 분야에서는 서로 다른 생물 사이의 유전적 유사성을 기반으로 진화적 가계도를 조사했다. 과학자들은 다양한 해면동물, 자포동물, 빗살 해파리의 유전적 구성을 조사하여 척추동물, 따라서 인간은 해면동물의 후손이 될 수 없다는 결론에 도달했다.

이유:
조사한 유전자에 따르면, 모든 해면동물 종은 공통 조상을 지니고 있으며, 이는 차례로 양측성(bilateria)의 조상이 아니다. 여기에는 연체동물, 곤충, 척추동물 등이 포함된다. 반면에 갈비뼈 해파리는 양측 동물과 밀접한 관련이 있다.

다양한 동물 그룹의 신경 세포도 추가 단서를 제공했다.
해면에는 그런 종류가 없지만 아주 단순한 갈비뼈 해파리도 이미 그러한 구조를 개발하고 있다. 연구원의 관점에 따르면, 신경 세포가 진화 과정에서 여러 위치에서 서로 독립적으로 발달했을 가능성은 매우 낮으며, 이는 빗살 해파리 조상의 이론을 강화한다.

라운드 2: 전술 재정렬

8년 후인 2017년에 Gert Wörheide가 이끄는 또 다른 연구팀이 데이터를 다시 공개했다.
이를 위해 그들은 이전 연구의 데이터 세트에보다 현대적이고 정확한 분석 방법을 적용했다. 과학자들의 가혹한 판단은 빗살 해파리를 양측 동물의 첫 조상으로 보는 모든 연구는 부적절한 방법에 근거한 인공물이다.

따라서 아마도 결함이 있는 연구 결과는 주로 매우 이질적인 데이터 세트와 관련이 있다.
Wörheide는 "우리는 일반적으로 사용되는 어떤 컴퓨터 모델도 이러한 이기종 데이터 세트를 적절하게 모델링할 수 없음을 보여줄 수 있었다"고 말했다.

새로운 분석 기술에 따르면 원래 빗살 해파리 연구에서도 해면이 나머지 동물계의 공통 조상임을 보여준다. "우리의 결과는 동물의 진화에 대한 고전적인 가정을 확인하고 동물 세계의 기원에 대한 논의를 끝내는 데 도움이 될 수 있다"고 Wörheide는 결론지었다.

보너스 라운드: 스폰지(해면) 세포 연구

2019년에 과학자들은 다세포 해면체와 단세포 choanoflagellate 사이의 관계를 추가로 설명할 수 있었다. Queensland 대학의 Shunsuke Sogabe와 William Hatleberg가 이끄는 연구팀은 단세포 유기체의 RNA 구조를 다양한 세포 유형의 해면과 비교했다.
과학자들은 전사체 분석을 사용하여 세포의 유전자 활동과 대사를 연구했다.

▲ 칼라 편모 세포는 진화 역사에서 특별한 위치를 차지한다. © Rohit Kumar Sengupta / CC-by-sa 4.0

결과:
choanoflagellates와 해면의 choanocytes는 구조적으로 매우 유사하지만, 그들의 transcriptome은 거의 유사성을 보이지 않았다. "이것은 이 세포가 우리가 이전에 생각했던 동물 생활의 기본 구성 요소가 될 수 없었음을 의미한다"고 연구자들은 말했다. 그러나 이것이 스펀지가 더 복잡한 동물의 조상으로 제거되었다는 것을 의미하지는 않는다.

choanocytes 외에도 해면에는 다른 세포 유형이 있다.
이것은 또한 동물의 전능한 기본 구성 요소의 일종인 시생누대(始生累代) 세포를 포함한다. 따라서 그들은 해면의 줄기세포로 작용한다. 전사체 분석에서, 이 세포는 choanoflagellates 및 다른 비교 단세포 유기체와 놀라운 유사성을 보였다. 따라서 다세포 세포 발달의 첫 번째 단계는 해면체의 가까운 친척이지만 이전에 가정한 것보다 훨씬 더 복잡한 구조를 형성했을 것이다.
(계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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