동물의 생명활동을 지탱하는 뇌는 산소가 필수적이어서 심한 저산소환경에 놓여 질식한 생물에서는 신경활동이 정지되어 버립니다. 독일의 루드비히 · 막시밀리안대학(Ludwig-Maximilians-Universitaet)의 연구팀이 2021년 10월에 공개한 논문에서 질식으로 인해 신경활동이 완전히 정지한 올챙이의 뇌에 조류를 주입하자 뇌에 산소가 생성되어 신경활동을 재개해 되살아난 사례가 발표되었습니다.
Green oxygen power plants in the brain rescue neuronal activity
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(21)01126-3
Injecting Algae Into Suffocated Tadpoles Brings Their Brain Cells Back to Life
https://www.sciencealert.com/injecting-algae-into-the-brains-of-suffocating-tadpoles-keeps-their-neurons-alive
Injecting Algae Into Suffocated Tadpoles Brings Their Brain Cells Back to Life
Microalgae and special types of bacteria have the power to puff vast amounts of oxygen into the atmosphere. In fact, these organisms are thought to be the main reason our planet first began hosting oxygenated air.
www.sciencealert.com
동물이 필요로 하는 산소는 주로 폐와 아가미, 피부를 통해 공급됩니다. 특히 뇌의 활동에는 어느 정도 양의 산소가 지속적으로 공급되어야 합니다. 따라서 심해로 다이빙하거나 높은 고도에서의 비행 등 저산소환경에서 산소공급량을 유지하는 것이 중요한 과제입니다.
산소를 발생시키는 수단 중 하나가 녹색식물에 의한 광합성인데, 실제로 광합성을 하는 생물과 해양동물의 자연적 공생작용이 보고됐습니다. 이번 루드비히 · 막시밀리안대학이 실시한 실험은 아프리카발톱개구리의 올챙이의 체내에 광합성을 하는 조류를 주입하여 강한 조명을 비추고 체내에서 광합성을 발생시켜 뇌까지 산소공급을 시도하는 것입니다.
올챙이에게 녹색 플랑크톤을 주사하자 올챙이가 녹색으로 물들어가는 것을 알 수 있습니다.
또 현미경으로 체내의 조직을 확대해 보면 올챙이의 미세혈관에까지 광합성이 가능한 녹색 플랑크톤이 확산되고 있는 것을 알 수 있습니다.
실험에서는 올챙이에게 조류 플랑크톤을 주입한 후 신경계의 일부를 분리하여 자력에 의한 신경활동을 불가능하게 되었습니다. 그 결과 빛이 조사된 체내의 플랑크톤이 산소를 발생시킴으로써 뇌활동의 대용으로 기능하는 것으로 나타났습니다.
다음 사진에서는 빛을 쬈을 때와 어둡게 했을 때를 교대로 반복하여 신경활동이 어떻게 반응했는지를 표시한 것입니다. 빛이 쬐여지자 신경활동 반응이 생기고 빛이 사라지자 일정시간 경과 후 다시 활동을 중단하는 것을 알 수 있습니다.
이 연구를 통해 광합성을 하는 미생물이 생물의 뇌활동을 구할 능력을 가지고 있다고 연구팀은 기대하고 있습니다. 이것은 미래에 병적 장애를 돕는 방법으로 산소 수준을 증가시키는 수단이 될 수도 있다는 것.
그러나 이 실험은 투명한 올챙이에 조사된 빛이 피부를 투과하여 체내 미생물이 작용할 수 있었고 어디까지나 미생물이 산소를 공급할 수 있다는 원리를 증명한 것에 지나지 않습니다. 또 연구팀은 실험결과가 매우 혁신적이면서 미생물을 체내에 주입하는 것으로 인한 장기적인 면역반응 등의 위험이 있다며 장기적인 실험과 응용분야로의 전개가 필요하다고 말합니다.
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