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- RNA 단층촬영으로 박쥐 불가사리(Patiria miniata)의 몸에서 전형적인 머리와 몸통 유전자가 활성화되는 곳 찾아
- 불가사리의 몸 전체에서 특징적인 머리 유전자 신호를 발견
- 팔다리 없는 몸 전체가 머리

불가사리는 "걷는 머리"다
유전적 관점에서 불가사리는 사실상 머리로만 구성돼 있다.

다리가 있는 머리:
수 세기에 걸친 수수께끼 끝에 생물학자들은 불가사리의 머리가 어디에 있는지 처음으로 발견했다. 놀라운 대답은 모든 곳이다. 게놈 분석에 따르면 불가사리는 기본적으로 몸통이 없는 걷는 머리에 지나지 않는다. 팔에도 머리 발달과 관련된 유전자 서명만 거의 존재한다. 이러한 특이한 적응은 극피동물 가계도의 매우 초기에 발생했을 수 있다고 연구자들은 Nature에서 보고했다. 

▲ 유전자 분석에 따르면 불가사리는 몸통 없이 머리를 기어 다닐 수도 있다. © Laurent Formery

개나 물고기, 달팽이를 보면 앞이 어디이고 뒤가 어디인지 즉시 알 수 있다. 그러나 불가사리, 성게 등의 극피동물에서는 머리와 몸통을 구별하는 것이 사실상 불가능하다. 따라서 생물학자들은 불가사리의 머리가 어디에 있는지에 대해 수 세기 동안 수수께끼를 풀어왔고 일부는 머리가 없을 수도 있다는 데 동의했다.

명확성 더 높이기 위한 게놈 지도

피도 뇌도 없고 배를 바깥쪽으로 돌려서 먹는다는 점에서, 다른 측면으로 생각한다면, 불가사리가 머리가 없다는 것을 입증하는 것은 놀라운 일이 아닐 것이다. 그러나 이 답변은 스탠포드 대학의 Laurent Formery가 이끄는 연구자에게는 만족스럽지 못했다. 그들은 불가사리의 머리가 끝나는 곳과 몸이 시작되는 곳을 명확하게 밝히고 싶었다. 그리고 이는 외부적으로 판단할 수 없기 때문에 특별한 유전자 분석 기술에 의존했다.

구체적으로 그들은 소위 RNA 단층촬영으로 박쥐 불가사리(Patiria miniata)의 몸에서 전형적인 머리와 몸통 유전자가 활성화되는 곳을 알아낼 수 있었다. 이 정보를 종합함으로써 Formery와 그의 동료들은 궁극적으로 이를 사용하여 유전자 발현의 3차원 신체 지도를 만들 수 있었다. 처음으로 그들은 불가사리의 머리와 몸통에 해당하는 해부학적 부분이 어디에 있는지 한눈에 볼 수 있었다. 

▲ 박쥐 불가사리의 신경계 © Laurent Formery/Evident Image of the Year Award

불가사리는 "기어가는 머리“

결과:
놀랍게도 팀은 몸의 중앙과 다섯 개의 팔 중앙을 포함해 불가사리의 몸 전체에서 특징적인 머리 유전자 신호를 발견했다. 그러나 몸통 발달과 관련된 유전자 활동 시그니처는 거의 없었고 팔 끝부분에만 나타났다.

"불가사리는 몸이 완전히 없어져 머리로서 해저를 따라 기어다니는 것과 같다"고 Forery는 설명했다. 따라서 머리 없는 몸 대신 불가사리는 몸 없는 머리를 갖고 있는 것 같다. Forery는 “이것은 과학자들이 이전에 이 동물에 대해 생각했던 것과 전혀 다르다”고 말했다.

▲ 불가사리의 유전자 발현에 대한 3차원 지도는 주로 푸른색 머리 유전자 특징을 보여준다. © Laurent Formery

몸통이 없는 것은 아주 오래됐다.
불가사리가 몸을 다섯 개의 머리로 축소하도록 진화한 정확한 이유를 알지 못하더라도 이 전략은 동물 그룹에 큰 도움이 된 것으로 보인다. 결국, 이 특이한 극피동물은 적어도 4억 8천만 년 동안 현재의 형태로 세계 해양에 서식해 왔다.

따라서 연구자들은 극피동물의 가계도에서 아주 초기에 특이한 적응이 발생했음이 틀림없다고 가정했다. 이 가설을 테스트하기 위해 그들은 성게나 해삼과 같은 다른 극피동물에서 유사한 유전자 패턴을 찾고자 한다. 불가사리의 신체 구조에 대해 더 많이 배우면 극피동물의 진화에 대한 과학적인 새로운 통찰력을 얻을 수 있다. Forery와 그의 동료들은 또한 불가사리 연구가 우리 인간에게 직접적인 이익을 가져올 수 있다고 생각한다.

“비정상적인 방식으로 기능하는 특이한 동물을 연구할 기회를 갖는다는 것은 생물학에 대한 관점을 넓히는 것을 의미하며, 이는 궁극적으로 생태학적 문제와 생물의학적 문제를 모두 해결하는 데 도움이 될 것이다”고 버클리 캘리포니아 대학의 공동 저자인 Daniel Rokhsar는 말했다.
(NAture, 2023; doi: 10.1038/s41586-023-06669-2)
출처: Chan Zuckerberg Biohub, University of Southampton, Stanford University

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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