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- 30년 동안 아프리카코끼리 4마리와 아시아코끼리 4마리 등 총 8마리의 피험자
- 다른 어떤 육지 포유류보다 코끼리의 얼굴을 제어하는 ​​신경 세포가 더 많다.
- 아시아 코끼리는 5만 4천개, 아프리카 코끼리는 6만 3천개
- 아프리카 코끼리는 몸통 끝에 있는 두 개의 길다란 코 손가락으로 물체를 잡는다
아시아 코끼리는 물건 주위를 코로 감싸서 잡아

코끼리: 얼굴을 위한 5만 개 이상의 신경 세포
코끼리는 다른 육지 포유류보다 뇌의 안면 중심부에 더 많은 뉴런을 가지고 있다.

풍부한 신경:
다른 어떤 육지 포유류보다 코끼리의 얼굴을 제어하는 ​​신경 세포가 더 많다는 분석 결과가 나왔다. 아시아 코끼리는 뇌의 안면 중심에 약 5만 4천 개의 뉴런이 있고, 아프리카 코끼리는 약 6만 3천 개이다. 이 신경 세포는 연구원들이 "Science Advances"에서 보고한 바와 같이 주로 몸통의 복잡하고 다양한 움직임에 사용되지만 귀에도 사용된다. 

▲ 아프리카 코끼리(왼쪽)의 안면 중심에 있는 신경세포가 섬세한 코(오른쪽)의 끝을 제어한다. @ Kaufmann et al. / Science Advances

코끼리의 가장 눈에 띄는 특징은 유연하고 다재다능한 코로 우리가 손과 팔로 하는 많은 일을 대신한다. 코끼리의 코에는 인체 전체보다 더 많은 근육이 포함되어 있다. 이를 통해 코끼리는 강력하고 섬세한 움직임을 광범위하게 수행할 수 있다. 그러나 이 근육 덩어리는 제어되어야 한다. 이것은 귀에서 몸통 끝까지 코끼리의 안면 근육을 제어하는 ​​뇌 구조인 안면 코어에 의해 수행된다.

수십 년 간의 연구

베를린 훔볼트 대학의 레나 카우프만(Lena Kaufmann)이 이끄는 연구팀은 이제 동물의 두뇌에 있는 신경 세포가 얼굴과 코와 귀의 움직임을 제어하는 ​​신경 세포와 신경 세포의 수를 더 자세히 조사했다. 그들은 특히 한 가지, 인내가 필요했다. 멸종 위기에 처한 동물의 뇌에서 얼굴을 담당하는 영역은 해부로만 검사할 수 있기 때문이다. 이로 인해 팀은 자연사하거나 건강 문제로 인해 안락사시켜야 하는 동물원 코끼리에 의존하게 되었다.

30년 동안 아프리카코끼리 4마리(Loxodonta africana)와 아시아코끼리 4마리(Elephas maximus) 등 총 8마리의 피험자가 모였다. 과학자들은 사망 후 뇌에서 안면 중심을 분리해 다양한 연구를 수행했다. 그들은 이 영역의 뉴런을 세고 크기와 두께를 측정했다.

▲ 그림 3. 아시아 및 아프리카 코끼리 귀, 귀(auricularis) 운동 신경 분포 및 내측 안면 중심. (A) 아시아 코끼리(왼쪽)와 아프리카 코끼리(오른쪽)의 귀가 다르다. (B) 아시아인(왼쪽)과 아프리카인(오른쪽) 아기 코끼리의 귀와 안면 신경의 주요 가지. 아프리카 코끼리에서는 auricularis 가지(귀에 신경을 지배함)가 더 두껍다. (C) 아시아 코끼리(왼쪽)와 아프리카 코끼리(오른쪽)의 왼쪽 얼굴 핵과 체세포 그림. 내측 subnucleus 세포는 빨간색으로 강조 표시된다. (D) 아시아(빈 기호) 및 아프리카(실선 기호) 코끼리 얼굴 핵에서 내측 아핵의 절대 뉴런(원) 및 축삭(사각형) 수(왼쪽) 및 백분율(총 안면 핵 뉴런의 오른쪽). P 값은 세포 수의 짝을 이루지 않은 t 테스트만을 참조하며 섬유 수가 포함되면 더 낮을 것이다. 사진 제공(A 및 B): Lena V. Kaufmann, Humboldt University of Berlin; (A, 왼쪽) 독일 베를린 베를린 동물원; (A, 오른쪽) 오스트리아 비엔나의 쇤부른 동물원. (출처:관련논문 Elephant facial motor control)

뉴런 기록 보유자로서의 회색 거인

결과: 코끼리의 안면 중심은 예외적으로 많은 수의 신경 세포가 있는 매우 복잡한 뇌 영역이다. 이 지역은 5만 개 이상의 뉴런으로 구성되어 있으며, 이는 다른 육지 포유류보다 많다. 카우프만과 그녀의 동료들이 결정한 것처럼 몸통을 제어하는 ​​영역에서 신경 세포 밀도가 특히 높았다.

또 다른 발견: 아시아 코끼리와 아프리카 코끼리의 얼굴 중심은 서로 상당히 다르다. "이러한 차이는 전체 세포 수와 안면 핵의 상대적인 분열 모두와 관련이 있다"고 저자는 썼다. 아시아 코끼리의 얼굴 중심에는 약 54,000개의 신경 세포가 있는데 아프리카 코끼리의 얼굴 핵에는 63,000개의 놀라운 신경 세포가 있다.

구조적 수준에서 과학자들은 또한 안면 중심의 하위 영역인 내측 안면 코어가 아시아 친척보다 아프리카 코끼리에서 훨씬 더 크다는 점에 주목했다. 하위 영역은 아마도 귀의 움직임을 담당할 것이다.

▲ 그림 4. 코끼리 얼굴 핵의 등쪽 핵에 있는 세포 크기 구배와 매우 큰 뉴런은 몸통 신경 분포와 관련이 있을 수 있다. (A) 아프리카 코끼리 암소 Aruba의 몸통. (B) Aruba의 왼쪽 안면 핵을 통한 코로나 Nissl 염색 60μm 섹션의 Somata 그림(등쪽 핵이 설명됨). (C) 체세포 크기 구배가 있는 길쭉한 등쪽 핵의 그리기. (D) 상단: 근위 뉴런 현미경 사진. 하단: 큰 말단 뉴런 현미경 사진(체체 직경, 104 μm). (E) 왼쪽: 핵하 위치에 대해 (B) 및 (C)에 표시된 대로 등쪽 핵에서 추정된 체세포 부피의 플롯. 상관 관계가 중요하다(P < 0.05). 오른쪽: 몸통 신경 분포 안면 핵 뉴런에 대한 추정된 축색 돌기 부피의 플롯. 그림 참조. 에스2. 사진 제공(A): Petra Prager. (출처; 관련논문)

아프리카 코끼리의 더 많은 "팁 민감도“

연구팀은 코끼리 종의 차이점을 해부학의 차이로 돌린다. 예를 들어, 아프리카 코끼리는 아시아 회색 거인보다 더 섬세한 코 끝을 가지고 있다. 카우프만의 동료 토마스 힐데브란트(Thomas Hildebrandt)는 "아프리카 코끼리는 몸통 끝에 있는 두 개의 길다란 코 손가락으로 물체를 잡는다. 이러한 유형의 집게 그립은 상당한 감도를 필요로 한다. 적절하게도, 아프리카 코끼리의 뇌에는 손가락 끝 조절을 위한 두드러진 신경 세포 클러스터가 있다.”

이 "집게 그립"은 아시아 코끼리에게 없다. 대신, 그들은 물건 주위에 코를 감싸서 물건을 집어 든다. 과학자들에 따르면, 이렇게 물건을 집는 아시아 코끼리들은 친척보다 더 적은 수의 뉴런이 필요하다.

종 사이에 뉴런 수가 다른 또 다른 이유는 귀의 크기 때문이다. 아프리카 코끼리의 귀는 더 크며 공격할 때 옆으로 들어 올린다. Kaufmann과 그녀의 동료에 따르면 이 메커니즘은 많은 수의 신경 세포를 통해서만 제어할 수 있다. 이것은 또한 귀 움직임을 제어하는 ​​내측 안면 중심이 아시아 코끼리보다 아프리카에서 더 큰 이유를 설명할 수 있다.
(Science Advances, 2022, doi:10.1126/sciadv.abq2789)
출처: 미국과학진흥협회(AAAS); 베를린 연구 협회의 라이프니츠 동물원 및 야생 동물 연구 연구소(IZW) e.V.

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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