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- 알을 낳을 때 민감한 신경 섬유를 손상시키지 않고 복부를 2~3배 길이로 확장할 수 있다.
- 신경 복구 및 합성 조직 개발의 기초로서 재생 의학 분야의 새로운 발전에 기여

고무줄 같은 신경
사막 메뚜기는 알을 낳기 위해 놀랍도록 유연한 신경 섬유를 발달시킨다.

독특한 유연성:
암컷 메뚜기는 알을 낳을 때 민감한 신경 섬유를 손상시키지 않고 복부를 2~3배 길이로 확장할 수 있다. 최근 한 연구에 따르면 이 곤충들은 이를 위해 자연의 고유한 특허를 사용한다. 인간과 달리 암컷 메뚜기의 신경 섬유는 매우 신축성이 있으며 고무줄과 유사하다. 기본 메커니즘은 또한 의학에 새로운 자극을 줄 수 있다. 

▲ 메뚜기, 유럽 철새 메뚜기(Locusta migratoria) CC BY-SA 3.0

우리의 신경계는 매우 민감하고 고도로 발달돼 있지만 그다지 탄력적이지는 않다. 우리가 신경 섬유를 30% 이상 늘리면(불량한 낙상에서도 가능) 신경 섬유가 찢어지거나 영구적으로 손상될 수 있다. 결과는 저림, 무감각 또는 최악의 경우 마비다.

그러한 신경 손상을 피하거나 치료하는 방법을 찾을 때 동물의 왕국을 살펴보는 것이 도움이 될 수 있다. 예를 들어, 연구자들은 대왕고래의 목 주머니에 극도로 유연한 신경이 있다는 사실을 이미 발견했다. 그들이 대량의 크릴 게를 낚아채기 위해 입을 벌릴 때, 그들의 신경은 아코디언처럼 늘어나 고래에 영구적인 손상을 주지 않는다.

극한의 산란

Tel Aviv University의 라케쉬 다스(Rakesh Das)가 이끄는 연구자들은 훨씬 더 작은 동물의 신경 탄력성을 조사했다. 암컷 사막 메뚜기(Schistocerca gregaria)는 알을 낳을 준비가 되면 배를 땅속 깊이 파고들어 배와 신경을 2~3배 늘린다(길이는 4~5cm에서 10~6cm).

▲ 곤충 및 실험 준비 (A) 어리고 미숙한 암컷 사막 메뚜기(미발달 난소를 보여주는 삽화). (B) 성적으로 성숙한 암컷이 성적으로 성숙한 수컷에 의해 올라타고 있다. 둘 다 밝은 노란색으로 구별되며 암컷도 산란 준비가 된 성숙한 알을 낳는다(삽입). (C) 5개의 복부 신경절과 그 결합체로 구성된 복부 신경계를 묘사한 메뚜기 신경계의 삽화. 파선된 빨간색 직사각형은 실험을 위해 해부된 준비를 나타낸다(세 번째 흉부 신경절 및 산란관 밸브 포함). (출처:관련논문 Fig 1. The biomechanics of ultra-stretchable nerves /iScience)

흥미롭게도 이것은 인간에게 주는 피해와 달리 메뚜기에게 피해를 입히지 않는다. 암컷이 알을 낳으면 이 극단적인 스트레칭을 쉽게 되돌린다. Das와 그의 동료들은 "우리는 다른 생명체에서 유사한 능력을 인식하지 못했다"고 설명했다.

따라서 그와 그의 팀은 암컷 메뚜기가 몸이 극도로 길어지는 것을 정확히 어떻게 관리하는지 조사했다. 이를 위해 수컷뿐만 아니라 성적으로 성숙하고 미성숙한 암컷의 복부 신경계를 준비했다. 과학자들은 고해상도 현미경으로 신경의 미세 구조를 조사하고 민감한 측정 장비를 사용하여 신경이 찢어지기 전에 얼마나 늘릴 수 있는지 테스트했다.

아코디언 보다는 고무줄 원리가 맞다.

결과:
"우리는 신경의 완전한 가역적 늘어남은 성적으로 성숙한 암컷에서만 가능하고 미성숙한 암컷과 수컷에서는 그 확장성이 훨씬 낮다는 것을 발견했다." 여성의 성적 성숙 과정에서 방출된다. 신경 스트레칭은 정확히 어떻게 작동할까?

Rakesh Das와 그의 동료들은 실제로 신경 섬유의 공간 접힘에 의존하는 메커니즘을 발견할 것으로 예상했다. 이에 따르면 신경 섬유는 일반적으로 물결 모양으로 접혀 있으며 아코디언과 유사하게 알을 낳을 때만 완전히 확장도리 것이라고.

▲ 알을 낳는 암컷 메뚜기. © Das et al./iScience/CC-by-nc-nd 4.0

그러나 놀랍게도 그렇지 않았다. 과학자들은 약간 물결 모양의 섬유만 관찰할 수 있었기 때문이다. 공동 저자인 Bat-El Pinchasik은 "이 발견은 생체역학적 및 형태학적 관점에서 거의 이해할 수 없는 것"이라고 말했다. 따라서 연구팀은 아코디언 가설 대신에 "이 확장성은 조직의 자연적인 탄력성, 고무 밴드와 유사한 순수한 탄성 메커니즘 때문"이라고 추측한다. 정확히 무엇이 신경 조직에 이러한 특성을 부여하는지는 아직 알려지지 않았다.

의학 및 재료 공학의 이점

일단 탄성의 수수께끼가 풀리면 Das와 그의 동료들이 설명하듯이 이 지식은 여러 가지 방법으로 사용될 수 있다. “앞으로 이러한 발견은 신경 복구 및 합성 조직 개발의 기초로서 재생 의학 분야의 새로운 발전에 기여할 수 있다.”
(iScience, 2022; doi: 10.1016/j.isci.2022.105295)
출처: 텔아비브 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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