자유시간

수중 사진작가인 미네미즈 료 씨에 의해 2018년 오키나와의 바다에서 촬영된 사진이 정체불명의 수생생물을 포착하고 있다며 많은 생물학자들의 관심을 끌었습니다. 분석 결과 이 생물은 '흡충'이라는 생물이 모여 형성된 콜로니인 것으로 판명되었습니다.

Polymorphic parasitic larvae cooperate to build swimming colonies luring hosts: Current Biology
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(23)01170-3

‘Mind-boggling’ sea creature spotted off Japan has finally been identified | Science | AAAS
https://www.science.org/content/article/mind-boggling-sea-creature-spotted-japan-has-finally-been-identified

일본의 수중사진가 미네미즈 씨는 2018년 오키나와의 바다에서 불과 몇 mm 정도의 작은 생물의 사진을 촬영했습니다.

이 수수께끼의 생물은 지렁이와 같은 웜이나 연체동물, 갑각류의 어느 것에도 속하지 않았기 때문에 많은 생물학자의 관심을 끌었습니다.

비엔나대학의 생물학자인 이고르 아다메이코 씨는 이 생물의 표본으로 분석을 시작했습니다. 연구팀에 의한 분석 결과 이 생물은 단일한 생물이 아니라 체장 수 mm의 생물이 많이 모인 콜로니인 것이 드러났습니다.

또한 연구팀은 이 생물을 다양한 항체로 염색하여 생물 내부의 해부학적 구조를 해석한 결과 이 생물의 신경계의 세포 패턴이 연체동물 등이 포함되는 '관륜동물'이라는 그룹에 속했습니다.

또한 연구팀은 이 생물의 DNA 해석을 실시해 흡충 중의 '이생흡충아강'으로 분류되는 것을 확인했습니다. 이생흡충아강을 비롯한 흡충은 유생 중에 물고기와 고양이, 인간 등의 척추동물에 먹히는 과정에서 기생하고 숙주의 체내에서 성장하여 알을 자연환경에 방출합니다.

추가 조사 결과 반구에서 뻗어있는 촉수와 같은 물체와 반구의 DNA가 일치하는 것으로 밝혀졌습니다. 연구팀에 의하면 물고기 등의 생물이 자신을 삼키게 하기 위해 촉수와 같은 물체로 수중에서 이동한다는 것.

연구팀의 로버트 풀랑 씨는 “척추동물을 숙주로 하는 흡충은 지금까지 2만 종 이상이 발견되었지만 이러한 유생형태에 대해 자세히 알고 있지 않습니다. 흡충에 관한 가장 매력적인 측면과 특징은 지금까지 발견되지 않았던 유생기에 나타날 수 있습니다”라고 설명했습니다. 또 아다메이코 씨는 "이번에 발견된 흡충이 어떻게 코로니의 움직임을 제어하고 있는지에 대해 향후 연구를 실시해 나갈 예정"이라고 전했습니다.

뇌는 여러 부위로 분류되고 자율신경활동에 관여하고 있는 대뇌변연계를 '오래된 뇌'라고 파악하고, 지각이나 지성에 관여하는 대뇌신피질을 '새로운 뇌'라고 파악하는 견해가 있습니다. 이 견해에는 새로운 뇌가 낡은 뇌구조 위에 추가되도록 진화해 왔다는 생각이 있는데 미시간 주립대학 심리학부의 조셉 세자리오 씨는 “오류”라고 지적하며 그 이유를 설명했습니다.

Your Brain Is Not an Onion With a Tiny Reptile Inside - Joseph Cesario, David J. Johnson, Heather L. Eisthen, 2020
https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/0963721420917687

사고나 언어를 담당하는 대뇌신피질은 소위 '고등생물'일수록 큰 경향이 있으며 인간은 침팬지의 약 3배 크기입니다.

세자리오 씨에 따르면 심리학 분야에서는 '상어와 같은 원시적인 동물에서는 그다지 복잡하지 않은 뇌가 기본적인 생존기능을 제어하고 있고 설치류와 같은 하등포유류에서는 보다 복잡한 뇌가 감정과 기억의 제어를 가능하게 한다. 인간과 같은 고등포유류에서는 보다 많은 정보를 처리하는 뇌가 있다. 낡은 것 위에 새로운 뇌가 구축됨으로써 생긴다'라는 내용이 교과서에도 게재될 정도로 널리 알려져 있다고 합니다.

이러한 가설은 '삼위일체 뇌설'로도 알려져 있으며, 인간의 뇌에는 본능을 담는 '파충류적 뇌'와 감정을 담는 '포유류적 뇌', 인간 특유의 논리적·윤리적 사고를 잡는 '인간적 뇌'라는 3층으로 나뉘어 있다고 주장합니다.

삼위일체 뇌설의 제창자인 폴 맥클레인 씨는 1964년에 발표한 논문에서 파충류나 하등포유류로부터 계승되듯 뇌가 발달해 갔다고 주장했는데, 이 가설은 뇌과학기술이 충분히 발달하지 못한 시대에 제창된 것이며, 현대에서는 기본적으로 부정되고 있습니다.

That Is Not How Your Brain Works - Issue 98: Mind - Nautilus
https://nautil.us/issue/98/mind/that-is-not-how-your-brain-works

세자리오 씨는 아래의 이미지로 위의 가설의 문제점을 설명했습니다. 이미지에 표시된 a와 b는 인류의 진화에 대한 잘못된 견해입니다. 오래된 뇌구조 위에 새로운 뇌가 추가되었다고 들으면 조금 어렵게 느껴지지만, 이미지처럼 한 길을 따라 진화해 왔다고 표현하면 상상하기 쉬워집니다. 이러한 진화는 현대의 진화생물학에서는 완전히 부정되고 있으며, 생물은 나뭇가지처럼 넓게 분기하여 진화했다는 c나 d의 가설이 상식으로 여겨지고 있습니다.

세자리오 씨는 “심리학자는 a의 견해가 올바르지 않다는 것을 이해하지만, 신경구조를 보여준 b의 견해는 여전히 널리 지지되고 있다”며 잘못된 견해를 버려야 한다고 설명했습니다.

현존하는 지구상 생물의 게놈 정보 대부분은 DNA에 저장되고 유전자의 정보는 기능성 분자인 단백질에 의해 이루어진다. RNA는 센트럴 도그마(Central dogma)가 나타내는 것처럼 단순히 DNA와 단백질 사이의 메신저일 뿐일까?. 실은 생명의 기원까지 내려가면 DNA도 단백질도 존재하지 않는 RNA의 세계(RNA world)가 있고 RNA가 게놈의 역할과 기능성 분자의 역할을 모두 겸비하고 있었다는 견해가 유력해진다.

RNA가 게놈의 역할을 할 수 있는 것은 지금도 RNA 게놈을 가진 생물이 존재하는 것에서 알 수 있다. RNA가 기능적인 역할을 하는 것에 대해서는 전이 RNA나 리보솜 RNA 등 옛날부터 알려져 있었는데, 1981년에 Thomas R. Cech 등은 당시 단백질밖에 할 수 없다고 생각되었던 효소작용을 가진 RNA가 있다는 것을 발견했고 'ribozyme'이라고 명명했다. 또한 자연계에 존재하는 RNA뿐만 아니라 실험실 내에서 자연도태에 상당하는 분자진화를 일으켜 새로운 기능을 가진 RNA를 설계함으로써 RNA는 폭넓은 기능을 가질 수 있는 분자인 것이 분명해져 가고 있다.
　
생명은 자기복제계로서 RNA로부터 시작되었다면 RNA의 세계에서 센트럴 도그마는 그림과 같이 진화를 해온 것이다. RNA 게놈으로부터 유전자 부분을 잘라내어 기능성 RNA 분자를 만들어내기 위한 처리, 그 흔적이 RNA splicing이나 RNA 에디팅으로서 지금도 남아 있는 것은 아닐까. 생명의 기원과 진화의 수수께끼를 푸는 단서는 RNA에 있다고 해도 과언이 아니다. 그런데 유전자라고 하면 단백질을 떠올리는 경우가 많은데 전이 RNA의 유전자, 리보솜 RNA의 유전자 등도 있어, 게놈 중에서 기능성 분자의 만드는 방법을 규정하고 있는 부분, 즉 전사되는 부분이 유전자라고 정의하는 것이 좋을 것 같다. 그러면 번역도 포함한 전사 후처리에 의해 만들어지는 기능성 분자는 단백질이어도 RNA여도 된다. RNA splicing은 생물종에 따라 몇 가지 유형이 있으며, 또한 RNA에서 단백질로 번역할 때의 유전암호도 당초 생각했던 것처럼 유니버설이 아니고, 미토콘드리아나 엽록체의 일부에서 다양성이 있다. 이것들은 센트럴 도그마 자체가 개별 생물종과 함께 진화해 왔음을 시사하는 것으로 보인다.

RNA는 아데닌(A), 우라실(U), 구아닌(G), 시토신(C) 4종류의 뉴클레오티드가 1차원적으로 나란히 만들어진 사슬모양의 생체 고분자이다. RNA를 구성하는 뉴클레오티드(리보뉴클레오티드)는 DNA를 구성하는 뉴클레오티드(데옥시리보뉴클레오티드)와 당이 리보스인지 데옥시리보스인지 약간의 차이만 있고 화학적으로 유사한 분자이다. ATP, cyclic AMP, NAD, 보효소 A와 같이 생체 내에서 중요한 역할을 하는 뉴클레오티드가 데옥시리보뉴클레오티드가 아닌 리보뉴클레오티드인 것도 RNA의 세계의 흔적으로 여겨지고 있다. RNA의 1차 구조에 대해서는 DNA보다 훨씬 빨리 Robert W. Holley가 1965년에 알라닌의 전이 RNA로 결정했다. 입체구조에 대해서도 1973년에 X선 결정해석으로 페닐알라닌의 전이 RNA의 구조가 결정되었다. 그러나 단백질의 입체구조가 X선 결정해석이나 NMR에 의해 지금까지 다수 해명되고 있는 반면 입체구조가 해명된 RNA는 극히 적고, RNA의 구조와 기능의 관련에 대해서는 아직 미지의 부분이 많다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- ＲＮＡの世界
https://www.kanehisa.jp/Japanese/tutorial/01-05.html

Max Planck Institute for Mathematics in the Sciences(독일의 라이프치히)에 본사를 둔 사라 버크머(Sarah Berkemer) 연구원과 도쿄공업대학 지구생명연구소(ELSI)의 숀 맥그린(Shawn McGlynn) 부교수가 최근의 공동연구에서 현생생물의 공통조상인 LUCA의 특징을 비교게노믹스법을 이용하여 해석하는 데에는 한계가 있다는 것이 밝혀졌다. 그러나 동시에 태고의 생명의 진화속도는 현대의 진화속도보다 훨씬 빠르다는 것이 밝혀졌다.

현재 생물학에서 모든 생물은 세균, 고세균, 진핵생물 중 하나로 분류되지만 이들 생물은 모두 LUCA라는 원시적 생물 또는 생물군에서 출현했다고 생각된다. 그래서 LUCA가 어떤 유전자를 소유하고 있었는지 알면 첫 생명의 탄생에 대해 더 이해할 수 있다고 생각된다.

오늘날 미생물의 DNA를 쉽게 해독하고 비교할 수 있게 되어 미생물끼리 얼마나 진화적으로 가까이 있는지를 판단할 수 있게 되었다. 그리고 지구상의 모든 생물의 DNA 서열 비교에 근거해 각 생물종이 진화적으로 어떻게 관련되어 있는지를 나타내는 '전생명의 계통수'를 그리는 것이 가능하게 되었다. 그러나 이것에는 큰 문제가 있다. 유전자의 수평전파라고 불리는 현상이 확인되고 있기 때문이다. 이것은 생물 사이에서 DNA의 작은 조각이 '점프'하는 현상으로, 부모에서 자식으로의 일반적인 DNA 계승과 다르다. 원시생명에서도 수평전파가 일어난다면 현대에 남아있는 DNA 서열을 사용하여 고대의 진화를 이해하려고 시도하면 매우 큰 오해를 일으킬 수 있다.

본 연구결과는 현대의 DNA의 서열 비교로부터는 가장 원시적인 세포의 생활양식에 관한 정보는 매우 한정된 것밖에 도출할 수 없다는 다른 선행 연구의 결론을 추인하는 형태가 되었다. 그러나 동시에 수십억 년 전의 생물의 진화속도에 대한 이해를 크게 전진시키는 것이다.

연구팀은 수천 개의 미생물의 DNA 상동성 데이터를 비교하여 얻은 수천 개의 계통수를 추가로 분석했다. 가장 오래된 유전자가 파생되는 시점을 확인하고 유전자가 어떻게 생물 간에 이동하는지를 밝혀내어 LUCA의 성격을 밝히려고 시도했다. 상세한 분석결과는 생명의 초기 진화단계에서 다른 유전자 그룹이 다른 진화속도로 변화하고 있음을 보여주었습니다.

본 연구에 의해 초기 생명의 진화의 페이스에 관해서 처음으로 논의를 할 수 있게 된 것은 중요한 의미를 가지고 있다. 본 연구는 원시생명이 매우 빠르고 현대에서도 검출가능한 수준으로 진화하고 있었으며, 초기 생물이 어떠한 것이었는지는 정확히 모르지만 생명은 매우 이른 단계에서 변이되고 진화하고 있었음을 보여준다. 맥그린 준교수는 지구의 초기 생명이 어떠했는지를 밝히기 위해 현재 이용 가능한 DNA 데이터를 조사하는 새로운 방법을 계속 개발할 필요가 있다고 보았다.

* LUCA (Last Universal Common Ancestor) : 현생 생물의 공통 조상. 최초의 생명이 탄생하고 그것이 진화한 후 오늘날의 고세균과 세균으로 분기하기 직전의 생물.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 太古代の生命進化は現在よりもはるかに速かった
https://educ.titech.ac.jp/bio/news/2020_05/059103.html

단백질 합성기의 일부인 rRNA의 염기서열 비교에 의하면 지구상의 생물은 진정세균, 고세균, 진핵생물로 크게 나눌 수 있다. 이러한 공통조상인 'commonote'는 어떤 생물이었는지, 원래 commonote는 존재했는지가 지금도 논의되고 있다.

지구상의 모든 생물은 대개 공통의 ​​유전 메커니즘, 단백질을 만드는 메커니즘 및 공통의 대사시스템을 가지고 있다. 이러한 것으로부터 지구상의 모든 생물은 하나의 조상생물로부터 진화해 온 것이 아닐까라는 생각이 퍼졌다. 전생물의 마지막 공통조상은 LUCA(Last Universal Common Ancestor), LUA(Last Universal Ancestor), cenancestor), progenote 등 다양하게 불린다. progenote의 명명자는 여전히 확고한 유전 메커니즘이 확립되기 전의 전생물적 단계를 상상하고 명명했다. 한편 극한환경생물학 연구실에서는 전생물의 마지막 공통조상은 상당히 확고한 유전의 구조를 이미 갖추고 있었다고 생각하고 있기 때문에 이것을 progenote가 아니라 'commonote'라고 불렀다.

그런데 모든 생물학자가 한때 commonote가 존재했다는 것을 긍정하는 것은 아닙니다. 원래 지구상의 생물을 진화적으로 거슬러 올라가면 하나의 생물에 도착한다고 주창한 인물은 '종의 기원'의 저자로서 유명한 생물학자인 다윈이다.

그러나 종분화 이전에는 현재의 생물과 같은 세포의 형태가 되지 않고, 확실한 유전의 구조를 가지지 않는 progenote였다는 생각도 제창되고 있다. 전생물의 조상은 단일 생물로서 존재한 것이 아니라 유전자의 교환을 자주 반복하고 있던 전세포적인 집단이었다는 생각이다.

그러나 지구상의 대부분의 생물들은 생명활동의 기본이 되는 부분에서 공통된 특징을 가지고 있다. 4개의 염기로 이루어진 DNA를 가지고 있으며 단백질에는 공통의 20종류의 아미노산을 사용하고 DNA에 쓰여진 유전정보를 바탕으로 기능분자인 단백질을 만드는 과정도 어느 정도 공통되어 있다. 또한 유전암호도 일부 예외를 제외하고는 기본적으로 동일하다. 이러한 점에서 지구상에 현존하는 생물은 하나의 조상생물의 자손이거나 적어도 유전장치나 단백질 합성장치 등 생명활동에 필수적인 유전자에 대해서는 동일한 것을 공유한 하나의 종으로부터 진화해 왔다고 생각하는 것이 타당하다고 생각된다. 실제로 2010년 Nature지에 게재된 이론적 연구에서도 전생물 공통조상생물 commonote의 존재가 지지되었다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 地球上のすべての生物は、一つの共通祖先生物から進化した親戚なのだろうか？
https://www.toyaku.ac.jp/lifescience/departments/applife/knowledge/article-025.html

DNA가 발견된 것은 1869년으로 요하네스 프리드리히 미셔에 의한 것입니다. 그는 병원 붕대에서 얻은 고름보다 인산이 많은 물질을 분리하고 이것을 뉴클레오티드라고 명명했습니다. 이것이 DNA 연구의 시작입니다.

DNA가 유전을 담당하는 본체로서 판명하는 계기가 된 것은 프레더릭 그리피스의 연구에 의한 것입니다. 그는 폐렴 쌍구균을 이용하여 병원성이 없는 R형에 S형을 혼합하면 R형이 병원성을 가진 S형으로 변이한다는 사실을 발견했습니다. 그러나 그는 그 원리를 찾아내기 전에 이 세상을 떠났습니다.

그 후 이것을 증명한 인물은 Oswald Avery입니다.
S형에 포함된 성분 하나하나를 분리하고 R형에 섞어 S형으로 변이하는 물질을 찾아냈습니다. 이것이 바로 DNA였습니다.

DNA가 유전을 담당한다는 증명이 되었는데 당시에는 이 결과는 받아들일 수 없었습니다. 왜냐하면 겨우 4종류밖에 없는 염기로부터 복잡한 유전이 이루어지고 있다고는 믿기 힘들었기 때문입니다. 실제로 DNA가 유전자 본체로서 주목받은 것은 이후의 박테리오파지의 연구에서 DNA에 의한 외피 단백질의 발현이 증명되었기 때문입니다. 또한 왓슨과 크릭에 의한 DNA의 이중나선 구조 모델, Erwin Chargaff에 의한 퓨린 염기(AT), 피리미딘 염기(GC)의 관계, 프랭클린에 의한 X선 회절, 후크에 의한 세포의 발견 등에 의해 DNA의 본질이 분명히 되었습니다.

현재 인간게놈(DNA의 모든 유전정보) 분석 프로젝트가 종료되었고 인간 DNA의 모든 서열이 해독되었습니다. 감정업체에서는 차세대 시퀀서라는 최신 기술을 사용하여 개체간에 약간 다른 배열을 찾아 다양한 감정을 실시하고 있습니다. 일례로서 STR(반복 서열의 일종)을 이용한 부모와 자식 감정이나 SNP(일염기 다형)을 이용한 출생 전 감정 등이 있습니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- DNA研究の歴史と現在の技術についてご説明
https://seedna.co.jp/information/blog-dna-test/research_and_social_contribution/#:~:text=DNA%E3%81%8C%E7%99%BA%E8%A6%8B%E3%81%95%E3%82%8C%E3%81%9F,DNA%E7%A0%94%E7%A9%B6%E3%81%AE%E5%A7%8B%E3%81%BE%E3%82%8A%E3%81%A7%E3%81%99%E3%80%82

전자현미경이 발명되면서 인류는 바이러스를 볼 수 있게 되었습니다. 바이러스 중에서도 특히 멋있는 것이 '박테리오파지'입니다. 박테리오는 박테리아, 파지는 먹는다는 뜻입니다. 박테리오파지는 박테리아에 침입해 증식하는 바이러스의 총칭입니다.

박테리오파지에는 여러 종류가 있고 유명한 것은 'T4 파지'입니다. T4 파지의 구조는 머리와 꼬리로 나뉘어져 있고 머리는 정이십면체의 형태를 하고 있으며 안에는 DNA가 들어 있습니다. 꼬리부분은 속이 빈 팔과 6개의 다리같은 것으로 되어 있습니다. 달 착륙선과 비슷한 기계처럼 보이는데 실제로 파지는 자신을 복제하는 나노기계 그 자체입니다.

파지는 발로 박테리아의 표면에 달라붙으면 팔을 통해 박테리아에 DNA를 주입합니다. 박테리아가 원래 가지고 있는 효소는 파지의 DNA를 복제하고 파지의 DNA가 코딩하는 단백질을 합성합니다. 박테리아에서 충분한 수의 파지가 완성되면 박테리아가 녹아 부서지고 많은 파지가 흩어집니다. 세균은 세포분열에 의해 증가하므로 1개 → 2개 → 4개 → 8개로 배로 늘어나는데 파지 등 바이러스는 이렇게 단번에 증가합니다.

고등학교 생물학 교과서에도 실려있는 파지를 사용한 유명한 실험이 있습니다. 지금은 유전자의 본체는 DNA(또는 RNA)인 것으로 알려져 있지만 당시에는 유전자의 정체가 DNA인지 단백질인지 논란이었습니다. DNA가 유전물질임을 시사하는 증거가 있었지만 DNA는 너무 단순해서 유전정보를 전달할 수 있는지 의문시되고 있었고 DNA보다 단백질 쪽이 훨씬 복잡하여 유전자의 정체로서 어울린다고 생각하는 학자도 많았습니다.

미국의 생물학자 허시와 체이스는 파지의 DNA와 단백질에 각각 방사성물질로 표식을 붙여 박테리아에 들어가는 것은 DNA만으로 단백질은 거의 들어가지 않는다는 것을 보여주었습니다. 즉 유전물질은 단백질이 아니라 DNA임을 강력하게 시사합니다. 허시와 체이스 실험이 발표된 것은 1952년으로 DNA의 구조가 이중나선이라고 크릭과 왓슨이 보고한 날은 다음 해인 1953년입니다.

이후 분자생물학은 비약적으로 발전합니다. 이중나선이 풀려 각각의 사슬에서 DNA가 합성된다는 사실도 발견되었습니다. 신형 코로나 바이러스의 유행 이후 유명해진 PCR법은 이 DNA 합성의 원리를 응용한 것입니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- まるで月着陸船　細菌に取りつくウイルスに「６本の足」
https://www.asahi.com/sp/articles/ASN6471KMN64ULBJ00V.html

컴퓨터과학 연구소인 Microsoft Research의 팀이 새로운 단백질을 배열을 기반으로 생성하는 AI 'EvoDiff'를 개발했습니다. 단백질의 입체구조에 기초한 종래의 접근법과는 달리 단백질의 아미노산 배열에 초점을 맞추면 단백질공학에 큰 진전을 일으킬 가능성이 있습니다.

Abstracts: September 13, 2023 - Microsoft Research
https://www.microsoft.com/en-us/research/podcast/abstracts-september-13-2023/

Microsoft open sources EvoDiff, a novel protein-generating AI | TechCrunch
https://techcrunch.com/2023/09/14/microsoft-open-sources-evodiff-a-novel-protein-generating-ai/

단백질은 체내의 다양한 세포의 과정에 관여하는 분자로, 예를 들어 헤모글로빈은 혈액에서 산소를 운반하고 인슐린은 혈당치를 조절합니다. 다양한 질병의 메커니즘에 단백질이 관여하고 있으며 치료에도 단백질이 사용되는 경우가 많아 유용한 단백질을 새롭게 만드는 것은 의료연구에서 중요합니다.

또한 단백질은 생물체 내에서의 활동뿐만 아니라 촉매로서의 작용이나 화학물질을 제조하기 위한 효소 등의 산업적인 용도에도 이용됩니다. 특정 기능을 가진 단백질을 생성하는 능력을 높여 플라스틱 쓰레기를 분해하는 효소, 광합성을 보다 효율적으로 하는 효소 등을 만들어 현대 사회가 안고 있는 다양한 문제에 대처할 수 있다고 합니다.

그래서 Microsoft Research의 연구팀은 새로운 단백질을 생성하는 AI 'EvoDiff'를 개발했습니다. 이전부터 AI를 사용하여 단백질을 생성하는 접근법은 존재했지만, 우선 신체에서 특정 작업을 수행할 수 있는 단백질의 입체구조를 고려한 다음 그 입체구조로 접을 수 있는 단백질의 아미노산 배열을 찾는 전통적인 접근방식은 컴퓨팅과 인적자원 모두에서 비용이 많이 든다는 문제가 있었습니다.

Oregon State University의 연구팀은 단백질의 입체구조로 시작하여 새로운 단백질을 생성하는 것이 아니라 단백질의 아미노산 배열만을 기반으로 새로운 단백질을 생성하는 접근법을 개발했습니다. 단백질의 입체구조에 근거한 접근법에서는 데이터세트로서 사용할 수 있는 입체구조의 수에 한계가 있기 때문에 트레이닝 데이터의 범위가 크게 제한된다는 문제도 있었다고 합니다. 이에 연구팀은 아미노산 배열에 초점을 맞추어 대규모의 다양한 진화적 데이터세트를 얻고 AI를 훈련시킬 수 있었다고 합니다.

Microsoft Research의 연구자로 논문의 상급저자인 Kevin K. Yang 씨는 테크놀로지계 미디어인 TechCrunch와의 메일 인터뷰에서 "우리는 EvoDiff가 단백질공학의 능력을 구조-기능의 패러다임을 넘어 프로그램 가능한 배열을 우선시한 설계로 확대하기 위해 노력했습니다. EvoDiff를 통해 새로운 단백질을 제어 가능한 방식으로 설계하는 데 필요한 것은 입체구조가 아니라 단백질 배열이 전부일 가능성을 입증하고 있습니다”라고 설명했습니다.

Yang 씨는 단백질의 아미노산 배열로부터 입체구조를 재현하는 모습을 나타낸 GIF 동영상을 공개했습니다.

EvoDiff combines evolutionary-scale data with diffusion models for controllable protein sequence generation.
https://twitter.com/KevinKaichuang/status/1701953715312136302?ref_src=twsrc%5Etfw%7Ctwcamp%5Etweetembed%7Ctwterm%5E1701953715312136302%7Ctwgr%5E03c32fa5223f5b6b998ba0a645dbcdbceaedbd69%7Ctwcon%5Es1_&ref_url=https%3A%2F%2Fgigazine.net%2Fnews%2F20230915-microsoft-evodiff-novel-protein-generating-ai%2F

EvoDiff 프레임워크의 핵심이 되는 것은 단백질의 아미노산 배열과 기능정보로 구성된 방대한 데이터세트로 훈련된 6억 4000만 파라미터를 가지는 모델입니다. EvoDiff는 이미지생성 AI의 Stable Diffusion 등과 같은 확산모델을 채용하고 있으며 거의 노이즈로 구성된 시작시점의 단백질 배열로부터 노이즈를 서서히 줄여가면서 단계적으로 단백질 배열에 접근해 간다고 것.

기존의 입체구조에 근거한 접근법에서는 3차원 구조가 없는 천연 변성 단백질을 합성할 수 없다는 문제도 있었지만, 배열 기반인 EvoDiff에서는 천연 변성 단백질을 생성하는 것도 가능합니다. 이러한 천연 변성 단백질은 다른 단백질의 활성을 증강 또는 감소시키는 등의 생물학 및 질병의 기전에서 중요한 역할을 합니다.

또 단백질에 있어서 특정한 기능이나 구조를 가지는 구조 모티프를 유지해, 주위를 보완하는 형태로 새로운 단백질을 만들어낼 수도 있다고 합니다.

연구팀은 EvoDiff에 의해 생성된 단백질의 아미노산 배열은 자연계에 존재하는 단백질의 구조적·기능적·배열 공간적인 특징의 전체상을 커버하고 있다며 앞으로 EvoDiff가 생성한 단백질을 실험실에서 테스트하고 실제로 작동하는지 확인할 예정이라고 합니다.

EvoDiff의 코드는 GitHub에서 공개되어 있습니다.

GitHub - microsoft/evodiff: Generation of protein sequences and evolutionary alignments via discrete diffusion models
https://github.com/microsoft/evodiff

대장균의 유전자를 조작하여 발전능력을 부여함으로써 환경에 유해한 유기물이 대량으로 함유되어 있는 공장폐수로 증식할 수 있는 발전 박테리아가 탄생한 것으로 보고되었습니다.

Bacteria generate electricity from wastewater - EPFL
https://actu.epfl.ch/news/bacteria-generate-electricity-from-wastewater/

Scientists Engineer E. Coli Bacteria to Generate Electricity : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/scientists-engineer-e-coli-bacteria-to-generate-electricity

1988년에 뉴욕에 있는 오네이다 호수에서 발견된 'Shewanella oneidensis'라는 세균은 금속을 환원하여 대사하고 전기에너지를 발생시키는 능력으로 주목을 받았는데, 증식에 특정 화학물질이 필요해 응용이 제한되는 어려움이 있었습니다.

스위스 연방공과대학 로잔교의 알데미스 보고시안 교수 연구팀은 2023년 9월 8일 과학지 Joule에 게재한 논문에서 일반적인 대장균(E. coli)의 유전자를 조작해 Shewanella oneidensis와 같은 발전능력을 획득하는 데 성공했다고 발표했습니다.

연구팀은 우선 대장균의 게놈을 변경하고 세균의 세포 내에서 세포외로 전자를 전달하는 대사과정인 세포외전자전달(EET)을 부여하여 발전효율이 높은 '전기미생물'을 만들어 냈습니다.

이렇게 태어난 발전능력을 가진 대장균은 Shewanella oneidensis'의 발전능력의 일부 밖에 갖고 있지 않은 종래의 바이오 공학 대장균의 2배 이상의 발전량을 발휘했다고 합니다.

연구팀은 “이 연구의 중요한 혁신 중 하나는 대장균 내에서 완전한 EET 경로를 구축한 것으로, MR-1의 구성요소를 통합하여 세포의 내부와 외부에 걸쳐 최적화된 경로를 만드는 데 성공했다”고 설명했습니다.

하지만 발전하는 능력을 가진 박테리아가 섬세하거나 특수한 먹이가 필요하거나, 번식시키는데 대량의 에너지가 필요하다면 의미가 없습니다.

그래서 연구팀은 스위스 로잔에 있는 현지 맥주 양조장에서 폐수를 모아 거기에 새로 개발한 대장균을 투입하는 실험을 실시했습니다. 맥주 양조장은 원료가 되는 곡물의 세정이나 탱크의 세정을 위해서 물을 사용하는데 폐수에는 대량의 당분이나 전분질, 맥주효모의 혼합물이 포함되어 있어서 그대로 흘러내리면 미생물이 과번식하기 때문에 후처리하여 배출해야 합니다.

실험 결과 연구팀이 투입한 대장균은 맥주 양조장의 폐수 속에서 대량으로 증식했는데, 이에 반해 Shewanella oneidensis는 거의 전혀 번식할 수 없었습니다.

보고시안 교수는 “유기 폐기물을 처리하는 동시에 전력을 생산하는 일석이조 시스템으로, 바이오 엔지니어링한 전기 미생물은 폐기물을 먹이로 하여 비약적으로 증식할 수 있었다"고 전했습니다.

이번 연구를 활용할 수 있는 분야는 폐기물 처리에 한정되지 않습니다. 유전자 조작된 대장균은 다양한 자원에서 발전할 수 있기 때문에 미생물 연료전지나 바이오센싱 등 폭넓은 용도를 생각할 수 있습니다.

논문의 필두저자인 모하메드 모히브 씨는 “우리는 생체전기 박테리아의 미래에 흥분하고 있으며 기업이 이 기술을 대규모로 확대할 것”이라고 전망했습니다.

가까운 사람이나 소중한 동료가 사망했을 때 슬프고 괴로운 기분이 들지만, 야생동물이나 애완동물에서도 동료의 죽음을 의식하는 것 같은 반응을 보이는 사례는  적지 않습니다. 동물의 이러한 반응이 과연 동료의 죽음을 애도하는 행동인지에 대해 과학계 미디어의 Live Science가 정리했습니다.

Do animals grieve? | Live Science
https://www.livescience.com/do-animals-grieve

동물이 친척이나 동료의 죽음으로 깊은 슬픔이나 정신적으로 침체된다는 생각은 오랫동안 비과학적인 문제로 무시되어 왔지만, 동물연구자로부터 다양한 사례가 보고되었습니다. 1972년에 탄자니아의 열대우림 깊숙이 사는 후로라고 불리던 연로한 침팬지가 죽은 후 새끼 후린트가 갑자기 무기력해지고 식욕도 없어져 무리로부터 고립되어 갔다고 보고되었습니다. 당시 동물행동학자인 제인 구달 씨는 선데이 타임즈와의 인터뷰에서 “모체에 대한 깊은 애정을 품고 있던 후린트는 모체의 사후 거의 식사를 멈추었고 3주 정도 경과할 무렵에는 체중이 3분의 2 가까이 감소했다”고 전했습니다. 그리고 후로의 죽음으로부터 1개월 후, 후린트도 병약해진 채로 죽었습니다.

또 잠비아에서 관찰된 여성의 침팬지는 죽은 새끼의 치아를 잔디로 닦는 행동을 계속했다고 합니다. 2017년에 Scientific Reports에 게재된 연구에서는 이 행위가 거의 장례식과 같은 의식이라고 할 수 있다고 보았습니다.

침팬지 이외에도 비슷한 '동료의 죽음을 슬퍼하는 행동'이 보고되었습니다. 영국 브리스톨 대학의 야생생물학자인 조이 뮐러 씨는 2010년 사바나의 모체 기린이 사망한 새끼 기린 근처에 자리를 잡고 17마리의 무리가 2일간 쓰러진 아이 기린을 건드리는 모습을 보고했습니다. 새끼 기린이 하이에나에게 먹혀 버린 후에도 모체 기린은 먹이를 먹지 않고 죽은 새끼를 지켜보았다고 합니다.

또 2018년에는 암컷 범고래가 죽어 버린 새끼 범고래를 17일간도 계속 밀며 약 1600킬로미터를 수영했다는 뉴스가 화제가 되었습니다. 워싱턴주에 본사를 둔 고래연구센터의 블로그 게시물에 따르면 범고래가 이 행위를 자발적으로 중단했는지 새끼 범고래의 시신이 사라졌기 때문에 그만둘 수밖에 없었는지는 불분명하지만 새끼 범고래의 사망 17일 후에 모체 범고래가 활발히 단독으로 활동하고 있는 것으로 확인되면서 고래연구센터는 “그녀의 슬픔의 여행은 끝났다”고 표현했습니다.

동료의 죽음에 대해 인상적인 행동을 나타내는 경우는 코끼리에서도 많이 볼 수 있습니다. 아프리카코끼리는 죽은 친족의 턱뼈를 가지고 다니며 머리를 내리고 코를 땅에 붙인 채 거의 움직이지 않고 사체 근처에 모여 장시간 침묵하는 것으로 알려져 있습니다. 또 아시아코끼리는 시신을 가지나 나무, 잎 등을 모아 매장하는 행동을 보였으며, 코끼리연구가 산지타 포카렐 씨는 “시체 주위를 장식하거나 돌아다니는 행동은 종교문화에서 행해지는 장례의식을 생각나게 한다"고 말했습니다.

야생동물의 무리뿐만 아니라 길들인 동물도 동료의 죽음에 대한 반응을 보였습니다. 이탈리아의 수의사 겸 연구자인 스테파니아 우체드 씨는 상태가 나빠져 식사를 거부하는 개를 진찰한 결과, 혈액이나 심장에는 전혀 문제가 없는 것이 밝혀졌습니다. 이에 우체드 씨는 “1주일 전에 그 형제가 사망했기 때문이라고 생각할 수 있다”고 보았습니다. 이 경험에서 우체드 씨는 동료의 죽음과 관련된 개를 조사하기 시작했습니다. 또 밀라노대학 수의학부의 페데리카 피로네 씨가 실시한 연구에서는 애완동물로서 팔리고 있는 개가 동료를 잃었을 때에 어떤 반응을 나타냈는지를 설문조사로 조사한 결과에서는 주인의 신경을 끌거나 빈번히 울었고 놀이 빈도나 식사량이 줄거나 수면시간이 길어지는 등의 부정적인 반응이 많이 나왔습니다.

포카렐 씨는 동료의 죽음을 애도하는 코끼리의 행동을 보고 “인간으로서 코끼리의 행동에는 어떤 종류의 슬픔이 분명하게 보인다"며 "동물이 어떤 상황을 경험하고 있는지에 대해서는 결정적인 과학적 증거가 부족하기 때문에 일반적으로 슬픔이라고 표현해 버리면 동물을 의인화해 버리는 것처럼 보일 수 있다"고 연구의 어려움을 포카렐 씨는 토로했습니다.

동물의 죽음에 대한 반응은 슬픔이 아니며 호기심과 상실로 인한 혼란, 환경변화로 인한 스트레스, 공포 등으로 인해 발생할 수 있습니다. 예를 들어 아메리카 까마귀는 죽은 까마귀 주위에 모여 폭력적으로 공격하거나 짝짓기를 시도하는 습성을 가지고 있습니다. 일부 연구자는 이 경험으로부터 자신들의 취약성에 대해 배울 기회가 될 가능성이 있다고 보았습니다.

슬픔이 어떤 것인지에 대해서는 인간에서도 정확하게 이해되는 것은 아닙니다. 'How Animals Grieve(동물은 어떻게 슬퍼하는지)'라는 책의 저자인 인류학자인 바바라 J. 킹은 "인간의 슬픔은 본질적인 기능의 변화, 즉 식사, 수면, 사교라는 평범한 패턴에서 벗어남으로 정의할 수 있습니다. 죽음으로 인해 이러한 패턴에서 벗어날 수 있으며, 이로 인해 슬픔의 그물이 퍼집니다”라고 주장했습니다.

동물의 인지와 감정에 관한 연구는 크게 부족하고, 결국 동물과 의사소통할 수 없는 이상 결정적으로 알 수 없습니다. 그러나 동물이 슬퍼하는 것처럼 행동한다는 것을 알면 동물을 보다 소중히 보호해 나가야겠다는 감정과 활동으로 이어질 것이라고 포카렐 씨는 기대했습니다.

현재 지구상에서 사는 우리 인간은 '호모 사피엔스'라는 약 20만 년~10만 년 전에 탄생한 인간속의 일종입니다. 그러나 현대로부터 약 90만 년 전에 인류의 조상이 되는 종이 불과 1280마리까지 격감하여 멸종위기에 처했을 가능성이 있다고 보고되었습니다.

Genomic inference of a severe human bottleneck during the Early to Middle Pleistocene transition | Science
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abq7487

Human ancestors nearly went extinct 900,000 years ago
https://www.nature.com/articles/d41586-023-02712-4

지금까지의 연구에서는 오스트랄로피테쿠스를 비롯한 약 400~200만 년 전에 생존했던 원숭이와 약 180만 년 전에 탄생한 호모 에렉투스와 같은 원인의 화석은 발견되고 있지만, 약 95~65만 년 전의 아프리카와 유라시아 대륙에 서식했던 인류의 조상의 화석은 거의 발견되지 않았습니다.

예일대학의 인류학자인 세레나 투치 씨는 “오래된 화석에서 고대의 DNA 데이터를 채취하는 데는 기술적인 한계가 있으며, 초기 인류의 조상에 관한 인구의 동태에 관해서는 거의 알지 못한다”고 설명했습니다. 그래서 약 100~80만 년 전 인류의 조상을 조사하기 위해 연구팀은 현대 인간의 유전자 데이터로부터 복잡한 가계도를 구축하고 그것을 거슬러 올라가 인류의 조상에서 중요한 진화적 사건을 조사했습니다.

일리노이대학의 스탠리 앰블로즈 씨는 “약 100~80만 년 전이라는 기간의 인류에는 아직 규명되지 않은 수수께끼가 많이 남아 있는데, 이번 조사방법은 지금까지 없었던 방법으로 이 기간의 인류에 관한 연구를 실시했다”고 전했습니다.

조사 결과, 현대로부터 약 90만 년 전에 인류조상의 가능성이 있는 미지의 종이 불과 1280마리까지 감소한 것으로 추정되었습니다. 중국과학원대학의 리하이펜 씨는 “인간의 조상의 약 98.7%가 없어졌다”고 보고했습니다.

연구팀에 의하면, 약 90만 년 전의 이 시기는 갱신세 전기부터 중기에 걸친 이행의 시기로, 이 기간은 지구가 한랭화하는 등 격렬한 기후변화가 발생하여 아프리카에서는 장기간의 가뭄으로 이어졌습니다. 리 씨는 “격렬한 기후변화가 인간 조상의 대량 감소로 이어져 호모 사피엔스로 이어지는 데니소와인과 네안데르탈인의 공통 조상이 탄생했을 가능성이 있다” 고 보았습니다.

약 90만 년 전에 대량으로 감소한 인류의 조상은 그 후 약 81만 3000년 전에 다시 인구확대를 한 것으로 보이는데 산동제일의과대학 집단유전학자 하오지첸 씨는 “불과 1280마리로 줄어든 인류의 조상이 어떻게 살아남았는지, 그리고 어떻게 인구를 확대했는지는 불분명한 채"라고 지적했습니다.

하오 씨는 “화석의 발견 사례가 적은 약 95~65만 년 전의 기간은 뇌의 크기 등 현대인에게도 나타나는 특징이 출현한 것으로 생각되고 있습니다. 하지만 약 90만 년 이전의 감소로 인해 유전적 다양성의 약 3분의 2가 사라졌습니다. 거기에서 인간이 어떻게 진화해 왔는지는 확실하지 않은 점이 많이 있습니다"라고 설명했습니다.

현존하는 가장 큰 동물은 대왕고래로 성체의 체중은 평균 약 100톤인데, 최근 페루에서 발견된 화석의 연구에서 4000만 년 전의 바다에는 대왕고래의 2~3배나 무거운 거대한 고래가 서식했을 가능성이 부상했습니다.

This colossal extinct whale was the heaviest animal to ever live | Live Science
https://www.livescience.com/animals/whales/this-colossal-extinct-whale-was-the-heaviest-animal-to-ever-live

Heaviest animal ever? Scientists discover massive ancient whale
https://phys.org/news/2023-08-heaviest-animal-scientists-massive-ancient.html

The heaviest animal ever may be this ancient whale found in the Peruvian desert | AP News
https://apnews.com/article/ancient-whale-heaviest-animal-d4e4c1b8eb58bb0ee9702052f6adb457

과학지 Nature에 사상 가장 무거운 동물일 가능성이 있다고 발표된 것은 지금으로부터 약 4000만 년 전의 바다에서 살고 있었다고 추정되는 원시 고래의 바실로사우루스의 한 부류로, 바실로사우루스는 발견 당초 공룡과 같은 파충류라고 생각되어 '도마뱀의 왕'을 의미하는 학명이 주어졌습니다.

고고학자들은 2006년 페루 남부 이가현의 사막에서 거대한 화석을 발견했지만 발굴에는 오랜 세월이 걸렸습니다. 왜냐하면 화석은 너무 거대하고 고밀도였으며 척추골 하나가 150kg의 무게였기 때문입니다.

최종적으로 척추 13개, 갈비뼈 4개, 관골 1개가 발견되었고 연구그룹은 이 뼈에 '페루의 거대한 고래'를 의미하는 페루케투스 콜로수스(Perucetus colossus)라고 명명했습니다.

페루케투스 콜로수스는 전체 길이가 20미터 정도로 30미터가 될 수도 있는 대왕고래에는 미치지 못했습니다.

주목해야 할 것은 체중으로 골격만으로 5~7톤이 나가 대왕고래의 2~3배나 된다는 것. 게다가 몸 전체의 무게는 최대 340톤으로 추정되어 알려진 동물 중에서 가장 무거운 거체를 자랑하는 데, 지금까지 확인된 대왕고래의 체중은 최대 199톤입니다.

페루케투스 콜로수스는 이 초고밀도의 골격을 밸러스트처럼 활용해 잠수하고 마나티처럼 천천히 해저 부근을 맴돌면서 연안의 얕은 수역에서 생활하고 있었다고 생각되고 있습니다. 머리와 치아의 화석이 발견되지 않았기 때문에 무엇을 먹고 살았는지 알 수 없습니다. 연구그룹은 아마도 해저에서 크릴과 같은 작은 해양생물을 먹었을 가능성이 있다고 보았습니다.

이번 연구는 단순히 동물의 체중기록을 바꿀 뿐만 아니라 고래의 진화에 대한 상식을 일변시킬 가능성이 있습니다. 왜냐하면 원시의 고래의 한 부류가 지금까지 생각되고 있던 시기보다 3000만 년 빨리 체중의 한계에 도달했었다는 것을 의미하고 있기 때문입니다.

논문의 필두저자인 독일 슈투트가르트 국립자연사박물관의 엘라이 암슨 씨는 “페루케투스 콜로수스는 고래류의 진화와 극단적인 거대화에 대한 우리의 이해를 완전히 바꾸는 것”이라고 보았습니다.

나비의 날갯짓이 조금씩 세계에 영향을 주어 지구의 뒤편에서는 토네이도를 일으킨다는 '버터플라이 효과는 예측이 불가능한 복잡한 현상에 관한 카오스 이론과 관련된 비유에 불과하지만 영국의 브리스톨 대학 연구원들이 발표한 논문에서는 곤충이 가지고 있는 전하는 실제로 날씨에까지 영향을 줄 가능성이 있고 나비효과는 실제로 일어나는 현상일지도 모른다는 견해를 나타냈습니다.

The “butterfly effect” may be real, scientists find in bizarre insect study
https://www.inverse.com/science/insects-have-absolutely-wild-effect-on-the-atmosphere-study-finds

Swarming bees may potentially change the weather, new study suggests | Live Science
https://www.livescience.com/honeybees-electrify-air-more-than-thunderstorms

생물학 및 의학 관련 논문을 게재하는 iScience지에 2022년 10월 말에 발표된 논문에서는 전하를 가진 곤충의 무리가 기상현상에 영향을 줄 가능성이 보고되었습니다. 연구 필두저자로 브리스톨 대학의 연구원인 에러드 헌팅 씨는 "대기 중의 전기가 날씨에 영향을 미치는지에 대한 연구는 1700년대 초부터 이루어져 온 것으로, 과학자들은 번개에 대한 관심을 원동력으로 대기 중의 대전과 뇌운의 관계를 규명하려고 했지만 대기의 대전은 맑은 날에도 검출되었다"고 설명했습니다. 그러나 곤충의 대전이 날씨에 영향을 미치는 것을 고려한 연구는 거의 없었고, 헌팅 씨는 연구에서 새로운 중요한 사실을 확인했다고 말했습니다.

헌팅 씨는 꿀벌이 전하를 가지고 있는지 확인하기 위해 브리스톨 대학 근처에서 확인된 꿀벌의 무리 근처에 전기장 모니터를 설치했습니다. 대조군으로서 무리가 없는 지역에 설치한 모니터에는 전하가 검출되지 않았지만 꿀벌의 무리 근처에서는 모니터에 전하의 증가가 검출되었기 때문에 가설이 뒷받침되었습니다.

그 후 곤충이 대기에 미치는 전기적 영향을 구름이나 모래폭풍 등의 기상현상의 전기적 영향과 비교하여 계산식을 구축했습니다. 높은 것은 곤충의 무리 주변은 모래폭풍의 약 6배, 적란운의 8배의 대전이 계측되었고, 논문에서는 “우리의 계산에 의하면 꿀벌이나 방대한 규모로 무리를 이루는 사막메뚜기 등은 뇌우나 구름의 전하밀도를 초과할 수 있음을 알았다"고 밝혔습니다.

헌팅 씨는 이 연구에서 세 가지 중요한 사실을 확인할 수 있었는데, 꿀벌 등의 비행곤충은 단독으로 전하를 가지고 있고 꿀벌이 무리로 밀집할수록 대기전하에 미치는 영향이 커지며 그 영향은 자연현상만큼 대기의 전하에 중요한 영향을 미칠 수 있습니다. “이 증거를 종합하면 꿀벌의 무리는 대기에 영향을 미치기에 충분한 전하를 포함하고 있음을 시사한다”고 헌팅 씨는 결론을 내렸습니다.

그러나 한편으로는 이 발견이 실제로 날씨에 어떠한 영향을 미치는지는 아직 불분명합니다. 헌팅 씨에 따르면 나비효과처럼 곤충이 직접적인 뇌우와 폭풍을 발생시킨다는 것은 어디까지나 가능성의 이야기이며, 실제로는 곤충의 무리가 충분한 양의 전하를 가지고 있어 대기 중의 이온이나 에어로졸의 움직임에 영향을 줘 구름 속의 액적이나 입자의 대전으로 연결된다는 영향을 생각할 수 있다고 합니다.

향후의 과제로서 새나 미생물 등도 전하를 가지고 있기 때문에 추가적인 개척과 상세한 이해가 기대되고 있습니다. 헌팅 씨는 “생물학과 정전장이 밀접하게 관련되어 있다는 사실을 발견한 것은 최근이고 물리학을 연결하면 많은 불가사의한 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있다”고 보았습니다.

2020년 세계 각지에서 유행해 심각한 유행이 된 코로나19는 2023년에 들어서도 종식하지 않은 채 재유행의 조짐을 보이고 있습니다. 1980년에 근절이 선언될 때까지 수세기 동안 수억 명의 사람들의 생명을 빼앗아 실명이나 청각에 장애를 남기는 등 맹위를 떨쳤던 천연두에 대한 과학계 YouTube 채널 Kurzgesagt가 설명했습니다.

The (Second) Most Deadliest Virus on Earth - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=Kr57ax0OWMk

인류가 천연두로 고통받아 온 역사는 오래되었고 그 흔적은 고대 이집트의 미라나 3000년 전의 인도와 중국의 기록에도 남아 있습니다.

16세기에 천연두는 세계의 주요 사인 중 하나가 되었고 18세기말 유럽에서는 연간 40만 명이 천연두로 사망했습니다. 또 당시 실명 원인의 3분의 1은 천연두일 정도로 살아남은 사람도 후유증에 시달렸습니다.

20세기에 들어서 천연두는 적어도 3억 명의 생명을 빼앗았다고 추정됩니다. 사회를 혼란에 빠트려 온 천연두는 현재 만일을 위해 러시아의 Koltsovo와 미국의 애틀랜타에 바이러스의 샘플이 남아 있을 뿐입니다.

천연두 바이러스의 위협 중 하나는 높은 감염성입니다. 바이러스가 섞인 작은 비말을 흡입하면 곧 목의 세포에 감염됩니다.

세포가 바이러스에 감염되면 면역세포가 모여 대응에 나서지만 천연두에게는 역이용됩니다.

면역체계가 감염된 세포를 파괴하고 바이러스를 흡수하면 천연두 바이러스는 병원체의 정보를 수집하여 면역중추로 가져온다는 중요한 역할을 하는 세포 '수상세포'를 감염시킵니다.

천연두 바이러스에 감염된 수상세포는 전신에 돌진된 면역거점을 연결하는 림프계로 돌아갑니다.

엄중한 방어가 되어있는 림프계는 많은 병원체의 마지막 장소가 되지만, 천연두 바이러스는 림프관을 통해서 혈액 중이나 장기에 쇄도해 전신에 감염해 버립니다.

감염 후 약 12일 후 바이러스가 전신에 퍼지면 면역계는 '인터페론'이라는 정보전달 물질을 사용하여 바이러스의 감염을 지연시키고 체내에 있는 항바이러스 무기를 활성화시키려고 합니다.

그런데 천연두 바이러스는 이 인터페론을 비활성화하고 바이러스에 대항하기 위한 방어시스템을 다운시킬 수 있습니다. 인체에는 보체계라는 보조적인 면역도 존재하지만 이것도 천연두 바이러스에 의해 무효화됩니다.

이렇게 천연두 바이러스가 몸 곳곳에서 맹위를 떨치고 체내 모세혈관을 파괴하면 더욱 큰 문제가 일어납니다.

바로 호중구라는 면역세포의 등장입니다. 호중구는 크고 작은 다양한 침입자에게 효과적이지만 천연두 바이러스에는 그다지 효과가 없습니다. 더 나쁜 것은 호중구가 강력한 화학물질을 뱉고 싸우기 때문에 더 많은 세포가 죽습니다.

이렇게 호중구가 일으킨 염증에 의해 혈관에서 체액이 조직으로 누출되면 전신에 발진이 생겨 증상은 점점 악화됩니다.

증상이 악화되면 환자는 고열로 이어지며 혈관이 막히거나 내장이 기능부전에 빠지거나 폐에 물이 쌓여 호흡을 할 수 없게 됩니다.

그 후의 결말은 두 가지 있습니다. 하나는 면역계가 통제를 되찾아 항바이러스 무기의 기동에 성공해 감염된 세포를 파괴하면서 조금씩 쾌차하는 것입니다. 감염으로부터 회복하면 기억세포가 천연두 바이러스를 기억하고 면역을 가지게 됩니다.

또 다른 하나는 감염과 이로 인한 면역계의 혼란에 압도되어 죽음에 이르는 길입니다.

천연두에 걸린 사람의 3분의 1은 죽고 살아남더라도 몸에 흉터가 남고 시력과 청력을 잃을 수도 있습니다.

오랫동안 인류는 자연스럽게 천연두로 목숨을 잃었지만 천연두에 걸린 적이 있는 사람은 두 번 다시 천연두에 걸리지 않는다는 것을 경험적으로 알고 있었습니다.

그래서 사람들은 '인두법'이라는 위험한 내기에 나섰습니다. 이 방법은 천연두의 증상이 가벼운 사람으로부터 병변부의 일부를 채취합니다.

이것을 햇빛으로 건조한 후 미세하게 부서 그 가루를 환자의 코에 불어넣거나 피부를 가볍게 상처 내어 붙였습니다.

이것이 잘되면 천연두를 경증으로 앓아 면역을 얻을 수 있었습니다.

인두법으로의 감염이 경증으로 끝나는 것은 햇빛으로 바이러스가 손상되어 완전한 증상을 일으키지 않게 되었기 때문이라고 생각됩니다.

인두법을 받은 사람의 2~3%는 천연두나 합병증으로 사망했지만 그래도 천연두의 공포로부터 자신이나 아이를 지키기 위해 사람들은 리스크를 인지해 인두법을 받았습니다.

그 후에도 인류와 천연두의 투쟁은 계속되었고 18세기경에 천연두가 아닌 소에 감염되는 '우두'를 사용해도 면역을 획득하는 것이 가능하고 훨씬 안전하다고 밝혀져 승기가 보였습니다.

이것이 인류 최대의 위업이라고도 불리는 예방접종의 시작입니다.

백신이 개발된 후에도 천연두의 위협은 계속되었고 약 200년 동안 무수한 사람들이 목숨을 잃었습니다. 앞서 언급했듯이 20세기에만 3억 명 이상이 천연두로 사망했습니다.

그리고 1966년 세계보건기구(WHO)는 인류가 하나가 되어 마지막 결전에 임해야 한다고 결의했습니다.

세계 각지에 '천연두 뉴스 네트워크'가 구축되어 천연두가 유행한 지역에서 환자의 격리와 백신의 투여가 이루어졌습니다.

천연두는 인간에게만 감염되기 때문에 사람 간 감염의 연쇄를 멈출 수 있으면 감염확대를 막을 수 있습니다.

이러한 노력의 결과, 1977년에 소말리아의 마르카에서 확인된 케이스를 마지막으로 자연감염에 의한 천연두의 환자는 보이지 않게 되었습니다.

그리고 최초 백신 사용으로부터 200년의 고비를 눈앞에 앞둔 1980년에 천연두의 근절이 선언되었습니다.

이렇게 인류 최악의 적이었던 천연두는 인류사상 최초로 유일하게 근절에 성공한 감염증이 되었습니다.

Kurzgesagt는 “지금 살아있는 우리는 누구 혼자 천연두의 두려움에 시달리지 않는데, 이 성과는 인류의 강한 의지에 의해 얻어진 것"이라고 강조했습니다.

인류는 천연두의 공포에서 해방되었지만 다음 감염의 위협이 정글의 깊은 곳이나 시장, 연구소에서 다시 나타날 수도 있습니다.

인간은 지금까지 지구상의 다양한 장소를 탐험해 왔지만 아직 탐색하지 못한 장소도 많이 남아 있으며 미발견의 생물도 많이 존재하고 있다고 추정되고 있습니다. 최근 해양탐사를 실시하는 비영리재단 슈미트 해양연구소가 동태평양의 해저탐사에서 지열로 가열된 물이 분출하는 열수분출공 아래에 미지의 생태계가 퍼져 있다는 것을 밝혀냈습니다.

Scientists Discover New Ecosystem Underneath Hydrothermal Vents - Schmidt Ocean Institute
https://schmidtocean.org/scientists-discover-new-ecosystem-underneath-hydrothermal-vents/

Life Has Been Found Beneath Hydrothermal Vents For The First Time | IFLScience
https://www.iflscience.com/life-has-been-found-beneath-hydrothermal-vents-for-the-first-time-70178

Scientists Find A Whole New Ecosystem Hiding Beneath Earth's Seafloor : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/scientists-find-a-whole-new-ecosystem-hiding-beneath-earths-seafloor

슈미트 해양연구소의 조사선에 탑승한 오스트리아 미국・독일・네덜란드・프랑스・코스타리카・슬로베니아로 구성된 국제연구팀은 중앙아메리카 해안의 동태평양을 탐사하는 30일간의 원정조사를 실시했습니다. 해저탐사 도중 연구팀이 수중로봇으로 열수분출공의 지각을 뒤집은 결과, 열수분출공 아래에 존재하는 생태계를 발견했습니다.

열수분출공은 화산활동이 활발한 해저에서 발견되는 균열이며, 지각에 들어가 마그마에 의해 가열된 해수가 분출하고 있습니다. 분출하는 열수는 때때로 섭씨 수백도에 이르는 경우가 있는데 이 물에는 중금속이나 황화수소 등의 화학물질이 풍부하게 포함되어 있어서 열수분출공의 주변에는 이것들을 영양원으로 하는 생태시스템이 존재하는 것으로 알려져 있습니다. 연구자들은 지난 46년간 열수분출공이나 주변에 서식하는 미생물에 대해 조사해 왔지만 열수분출공 아래를 조사한 시도는 지금까지 없었다고 합니다.

연구팀에 의하면 열수분출공 아래에는 동굴이 존재하고 에너지원을 태양광이 아니라 미네랄에 의존하는 튜브웜이나 조개, 화학합성 세균 등이 대량으로 서식하고 있었다고 합니다. 슈미트 해양연구소의 사무국장인 Jyotika Virmani 씨는 “육상에서는 지하의 공동에, 해양에서는 모래와 진흙에 서식하는 동물이 있다는 것은 옛날부터 알려져 있었지만 처음 열수분출공 아래에 서식하는 동물을 찾았습니다. 한 생태계 아래에 숨겨진 새로운 생태계가 있다는 놀라운 발견은 인간에게 생명이 존재하는 새로운 증거를 제공합니다.”라고 말했습니다.

연구팀은 추가로 열수분출공에서 발견되는 튜브웜이 지하를 흐르는 해수를 통해 이동할 것이라고 보고 실험을 실시했습니다.

Traveling through Vents | The Underworld of Hydrothermal Vents - Week 1 - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=lLo09UflWaQ

열수분출구로부터 분출하는 해수는 균열로부터 지하공간에 스며들어 마그마에 의해 가열된 것입니다. 연구팀은 이 지하를 통과하는 수로를 튜브웜이 이동하는지 여부를 조사하기 위해 실제 열수분출공을 이용한 실험을 실시했습니다.

연구팀이 고안한 실험은 '메쉬박스 염색 가제트'라고 하는 것으로, 먼저 해저의 일부를 청소하고 동물을 제거한 후 그 위에 메쉬박스를 놓습니다. 메쉬박스와 해저의 틈을 막아 해저를 이동하는 동물이 안에 들어가지 못하게 합니다.

또한 메쉬박스의 외측을 염색박스로 덮고 내부에 동물을 염색하는 비독성 염색체를 주입합니다. 이 조치로 실험 이전에 이 지역에 있던 동물은 염색되고 지하에 있는 열수분출공의 수로를 통해 새롭게 이 영역에 들어온 동물은 염색되지 않기 때문에 구별이 된다고 합니다.

실험 결과, 튜브웜은 열수의 길을 이동하여 새로운 서식지에 정착하는 것으로 확인되었습니다. 튜브웜의 유체가 열수분출공의 상부에서 별로 보이지 않는 것은 지하에 있는 수로에서 성장하고 있기 때문일 가능성이 있다는 것.

슈미트 해양연구소의 공동창립자인 웬디 슈미트 씨는 “슈미트 해양연구소의 원정에서의 발견은 심해에 무엇이 존재하는지 알기 위해 바다를 완전히 탐구하는 것의 중요성을 높이는 것입니다. 새로운 생물, 풍경, 완전히 새로운 생태계의 발견은 우리가 아직 바다에 대해 발견하지 못하고 아직 모르거나 이해하지 못하는 것을 보호하는 것이 얼마나 중요한지 강조하고 있다"고 말했습니다. 연구팀은 일련의 조사결과에 대해 향후 몇 개월 이내에 발표할 예정입니다.

약 1억 2500만 년 전에 일어난 '공룡 VS 포유류'의 싸움을 보존한 화석에 대한 논문이 학술지의 Scientific Reports에 게재되었습니다. 공룡이 서식하고 있던 중생대의 포유류는 포식자인 공룡으로부터 숨어 살던 피포식자라는 이미지가 있었지만 의외로 이 싸움은 포유류가 우세했다고 추정됩니다.

Unusual fossil shows rare evidence of a mamma | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/995575

Final moments of dinosaur and mammal's epic 'mortal combat' battle preserved by volcanic eruption | Live Science
https://www.livescience.com/planet-earth/fossils/final-moments-of-dinosaur-and-mammals-epic-mortal-combat-battle-preserved-by-volcanic-eruption

It Turns Out An Ancient Creature Actually Preyed Upon Dinosaurs : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/it-turns-out-an-ancient-creature-actually-preyed-upon-dinosaurs

2012년 중국 동북부의 랴오닝성에서 거의 완전한 공룡과 포유류 몸 전체를 포함한 약 1억 2500만 년 전의 화석이 발굴되었습니다. 중생대 당시의 랴오닝성 지역은 화산활동이 활발해 생물이 완전히 화석화된 "공룡 폼페이"라고 불리는 지층에서 발견되었다는 것.

공룡은 앵무새와 같이 부리가 특징인 초식공룡  프시타코사우루스의 일종인 프시타코사우루스 루자투넨시스(Psittacosaurus lujiatunensis)이고 포유류는 중생대 가장 큰 포유류인 레페노마무스의 일종인 레페노마무스 로부스투스(Repenomamus robustus)로 확인되었습니다.

화석을 살펴보면 왼쪽에 머리가 있는 프시타코사우루스와 거기에 달라붙은 모습의 레페노마무스의 모습을 확인할 수 있습니다. 프시타코사우루스의 꼬리를 포함한 전체 길이는 약 120cm, 레페노마무스의 전체 길이는 약 47cm로 둘 다 성체가 되면 더 큰 사이즈가 되기 때문에 이번 개체는 성장 도중이었다고 보여지고 있습니다.

프시타코사우루스는 뒷다리를 접어서 둥글게 되어 있고 부리에 레페노마무스의 앞다리가, 가슴 옆에 레페노마무스의 머리가, 정강이 근처에 레페노마무스의 뒷다리가 얽혀 있습니다.

레페노마무스의 머리를 잘 관찰하면 프시타코사우루스의 갈비뼈에 치아가 박혀 있습니다. 연구팀은 프시타코사우루스의 골격은 깔끔하게 갖추어져 있고 사체를 먹는다면 이렇게 두 몸은 얽히지 않는다는 점에서 이 화석은 “포유류인 레페노마무스가 공룡인 프시타코사우루스를 공격하던 상황”이라고 결론지었습니다.

연구팀이 '화산 진흙에 묻히기 직전의 레페노마무스와 프시타코사우루스의 모습'을 상상해 그린 스케치를 살펴보면, 현대의 자연계에서도 상대적으로 작은 육식동물이 큰 초식동물을 쓰러뜨리는 것처럼 중생대 당시에도 같은 사태가 일어나고 있었을 가능성이 있다고 보았습니다.

지금까지 레페노마무스의 위에서 프시타코사우루스의 뼈가 발견된 사례는 있었지만 이미 죽은 프시타코사우루스의 사체를 먹었는지 아니면  프시타코사우루스를 덮쳐 먹었는지 판별할 수 없었습니다. 이번 화석은 레페노마무스가 정기적으로 프시타코사우루스를 포식했을 가능성이 높다는 것을 보여줍니다.

논문의 공동저자이자 캐나다 자연박물관의 고고학자인 조던 마론 씨는 “두 동물은 치명적인 전투에 빠져 밀접하게 얽혀 있었고 포유류가 공룡 포식자로 행동했다는 것을 보여주는 첫 번째 증거로, 이 두 종이 공존했다는 사실은 참신하지는 않지만 이 놀라운 화석을 통해 보여지는 포식행동은 새로운 것"이라고 평가했습니다.

2월 27일은 '국제 북극곰의 날(International Polar Bear Day)'로 미국과 캐나다에 본부를 두는 동물보호단체인 폴라베어스 인터내셔널(Polar Bears International)이 2005년에 제정했습니다.

야생 북극곰은 북극권(북위 66도 33분 이북 지역)과 그 주변 지역에 서식하고 있습니다. 캐나다, 미국, 노르웨이, 러시아, 덴마크의 5개국에서 확인되고 남극에는 서식하지 않습니다.

북극곰은 식물 등을 먹을 수도 있지만 기본적으로는 육식입니다.

태어났을 때는 500~700g로 인간의 아기가 약 3000g이기 때문에 아주 작은 것을 알 수 있습니다. 그런데 점점 자라며 육식동물로서는 육상에서 가장 커집니다. 체중은 수컷이 300~650kg, 암컷이 150~250kg 정도. 최대급의 수컷은 800kg에 이르기도 합니다.

사냥은 주로 해빙(바다에 떠 있는 얼음) 위에서 물개, 어류, 조류, 조류의 알, 표착한 고래의 시체 등을 먹습니다.

북극곰은 거체이지만 다리가 매우 빠른데 인류 중 가장 빠른 우사인 볼트조차 능가합니다. 100m 달리기 세계기록은 2009년 8월에 세계 육상 베를린 대회에서 볼트가 기록한 9초 58로 시속으로 환산하면 약 37.6km가 됩니다. 북극곰은 시속 40km 정도로 단거리라면 볼트보다 빨리 달릴 수 있습니다.

수영도 잘해 70km 이상 수영을 계속할 수 있고 2분 가까이 잠수할 수도 있습니다.

거대하고 강력하고 민첩한 북극곰은 수륙 어느 쪽에서도 천적이 없이 보입니다. 북극곰은 북극권의 먹이사슬의 거의 정점에 서 있습니다. '거의'인 이유는 범고래에게 먹히는 경우가 있기 때문입니다. 무적으로 보이는 북극곰이지만 수중에서는 바다의 깡패인 범고래에는 미치지 못하는 것 같습니다.

북극곰은 바로 하얗게 보이지만 실은 몸(피부)은 하얗지 않습니다. 오히려 검은색입니다. 북극곰의 얼굴을 보면 코가 검은 것을 알 수 있습니다. 몸 전체도 코처럼 검은색을 띠고 있습니다. 북극곰의 체모는 투명하고 빨대처럼 구멍이 있습니다. 거기에 빛이 닿으면 난반사하여 하얗게 보입니다.

체모가 공동이 되어 있어 열을 유지해 몸을 추위로부터 지키게 되고 몸이 하얗게 보이는 덕에 사냥을 하기 쉬워집니다.

▣ 삶을 위협받는 북극곰

'강한 북극곰'은 지금 약한 입장에 몰리고 있습니다.

지구온난화(기후변화)의 영향으로 북극권과 그 주변 지역의 해빙이 계속 감소하고 있기 때문입니다. 이 지역은 지구온난화의 영향을 매우 크게 받고 있습니다.

북극권의 온난화로 인해 해수면이 상승하거나 북극해의 해저에 있는 메탄가스가 유출되는 경우도 우려되고 있다.

북극곰에게도 온난화의 영향은 엄청납니다. 해빙이 감소하고 있어 사냥이 어려워지고 영양부족으로 말라가는 북극곰도 보이고 있습니다.

이러한 상황에 자연보호단체인 국제자연보호연합(IUCN)에서는 북극곰을 멸종위기종 중 하나로 지정했습니다. 어떠한 조치도 취하지 않으면 2100년까지 멸종될 것으로 예측되는 연구도 있습니다.

지구온난화의 영향을 받고 있는 종은 물론 북극곰만이 아닙니다. 다양한 동식물이 엄청난 영향을 받고 있습니다. '국제 북극곰의 날'을 계기로 지구환경이나 에너지 문제를 다시 생각해 일상생활을 개선해 가야 합니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 「陸上最大の肉食獣」であるホッキョクグマは、ウサイン・ボルトより速い!?
https://weathernews.jp/s/topics/202302/220225/

일부 동물은 인간과 마찬가지로 동료의 죽음을 애도하는 것으로 알려져 있으며 야생 코끼리가 죽은 새끼를 계속 운반하는 행동을 취하는 사례도 보고되었습니다. 2020년 8월 체코의 동물원에서 사육되었던 드릴(Mandrillus leucophaeus)이 새끼의 사체를 2일간에 걸쳐 가지고 다니다 먹어버리는 모습이 관찰되었습니다. 이 행위에 대해 연구자들은 생식상의 이점이 있을 수 있다고 보았습니다.

Record of thanatology and cannibalism in drills (Mandrillus leucophaeus) | SpringerLink
https://doi.org/10.1007/s10329-023-01075-8

Zoo monkey eats her baby's corpse after carrying it around for days | Live Science
https://www.livescience.com/animals/monkeys/zoo-monkey-eats-her-babys-corpse-after-carrying-it-around-for-days

2020년 8월, 체코의 동물원에서 사육되었던 암컷 드릴이 한 마리의 수컷 색기를 출산했습니다. 이 새끼는 건강상태에 문제가 있는 것처럼 보이지 않았지만 출산 후 8일 만에 죽었다고 합니다.

이 드릴은 새끼가 죽은 후에도 이틀 동안 시체를 운반하며 동료나 사육사가 접근하는 것도 거부했고 수시로 새끼에게 시선을 맞추기도 했습니다. 연구팀의 일원이자 이탈리아 피사대학의 영장류 연구자인 엘리자베타 파라기 씨는 “원숭이와 유인원은 흔히 죽은 새끼의 얼굴을 살피는데 아마 눈의 움직임을 감지하려는 시도로 새끼에게서 아무런 반응도 얻지 못한다는 것은 아마 뭔가 잘못되었음을 암시한다"고 설명했습니다.

그런데 새끼의 반응이 없고 시간이 지나면서 어미 드릴은 침착을 잃고 시체를 끌거나 던지게 되었다는 것. 그리고 최종적으로 새끼의 사체를 거의 모두 먹었습니다. 어머니는 새끼의 사체를 무리 원숭이와 공유하지 않고 자신이 모두 먹었다고 합니다.

파라기 씨는 “영장류의 어미가 출산과정에서 많은 에너지를 소비한다는 것을 감안할 때 동족포식은 임신 후의 에너지를 회복하는 것을 돕는 적응진화 형질로 볼 수 있다”며 미래의 생식성공률이 높아질 가능성이 있다고 설명했습니다.

원숭이와 영장류에 의한 동족포식 기록은 드물지만 2020년의 연구에서도 '새끼를 대상으로 한 동족포식이 생식성공률을 높이기 위한 행동'이라고 보고되었습니다. 이 연구에서 보고된 사례를 살펴보면 나무에서 떨어져 죽은 원숭이의 새끼 사체를 무리의 구성원인 또 다른 암컷 원숭이가 먹고 2주 후에 새끼를 출산했다는 것.

파라기 씨의 연구팀은 드릴 새끼가 죽은 시기도 동족포식이 발생한 요인 중 하나로 보았습니다. 파라기 씨는 “새끼가 어릴수록 어미와 새끼 사이의 애정이 동족포식을 막을 정도로 강해질 가능성이 낮아진다”고 설명했습니다.

내셔널 지오그래픽의 텔레비전 프로그램 'Saved from a Shark' 중에서 소개되는 돌고래가 상어로부터 인간을 돕는 에피소드에 대해 과학계 뉴스사이트인 Live Science가 전문가의 견해를 정리했습니다.

I knew it was circling me': Man attacked by shark was waiting to die, then dolphins saved his life | Live Science
https://www.livescience.com/animals/sharks/i-knew-it-was-circling-me-man-attacked-by-shark-was-waiting-to-die-then-dolphins-saved-his-life

내셔널 지오그래픽의 상어 특집 'NatGeo Sharkfest'의 하나로, 상어의 공격으로부터 살아남은 사람의 증언을 모은 'Saved from a Shark'가 있습니다. 이 프로그램에 출연한 마틴 리처드슨 씨는 이집트의 홍해를 유영 중 청상아리에 습격당했을 때 5회나 물려 대량 출혈이 났다는 것.

리처드슨 씨가 죽음을 각오한 순간 돌고래의 무리가 나타나 공격이 그쳤습니다. 그 후 배에 구조되어 병원으로 옮겨져 목숨을 건졌다는 리처드슨 씨는 “돌고래 덕분에 생명을 구했다고 확신한다”고 말합니다.

그러나 플로리다 국제대학의 생물학자인 마이크 하이트하우스 씨에 따르면, 돌고래가 의도적으로 리처드슨 씨의 생명을 구했다고는 생각하기 어렵다는 것. 이 경우 고려할 수 있는 가능성은 상어의 존재를 감지한 돌고래의 무리가 새끼 돌고래를 지키기 위해 상어를 위협했고 결과적으로 리처드슨 씨에게 도움이 되었을 가능성입니다.

하이트하우스 씨는 프로그램에서 "돌고래는 바다에 퍼지는 피를 보고 상어가 근처에 있다는 것을 알고 있습니다. 만약 돌고래에게 새끼가 있으면 상어를 경계합니다. 즉, 그들은 리처드슨 씨를 도우려고 하지 않았을지도 모른다”고 보았습니다.

프로그램에서 소개된 또 다른 에피소드에서는 남태평양의 쿡 제도 고래류 조사소의 소장인 난 하우저 씨의 사례입니다. 그녀는 2017년 해양조사 중이었는데 혹등고래가 가까이 접근했습니다. 고래의 머리 위에 태워진 하우저 씨가 무슨 영문인지 바다 아래를 살펴보니 거기에는 거대한 뱀상어의 그림자가 있었다고 합니다.

하우저 씨는 “고래가 나를 보았기 때문에 나에게 뭔가를 전하고자 한다는 것을 알았다."고 말합니다.

그러나 이 사례도 우연한 사건의 가능성이 높다고 하이트하우스 씨는 보았습니다. 왜냐하면 하이트하우스 씨가 하우저 씨의 영상을 확인했는데 거기에는 고래가 아이를 지키기 위해서 취하는 것과 같은 행동이 담겨 있었기 때문입니다.

이와 같이 돌고래와 고래가 인간을 돕는 사례 대부분은 이타적인 이유가 아니라 자신과 아이를 지키려고 한 결과라고 하이트하우스 씨는 보았습니다.

한편 하이트하우스 씨가 특별한 경우라고 인정하는 에피소드도 있습니다. 뉴질랜드 해안을 수영하던 라이프가드 단체가 돌고래의 무리에 둘러싸였는데 라이프가드의 일원이었던 롭 하우즈 씨는 백상아리가 자신들을 노리고 있었다는 것을 깨달았습니다.

Live Science의 취재를 받은 하이트하우스 씨는 하우즈 씨의 증언에 대해 “이 사례는 돌고래가 정말 인간을 지키고 있는 것처럼 보이는 경우 중 하나”라고 말했습니다.

지구상에 존재한 생물 가운데 가장 큰 육식동물 중 하나인 메갈로돈은 2300만 년 전에 등장했으며 360만 년 전에 사라질 때까지 약 2000만 년간 지구의 바다에 군림했습니다. 거대한 상어로 몸길이는 적어도 15미터, 최대 20미터에 달했는데 그런 메갈로돈의 몸에는 주위의 해수보다 따뜻한 피가 흐르고 있었던 것을 최근 알게 되었습니다.

Endothermic physiology of extinct megatooth sharks | PNAS
https://doi.org/10.1073/pnas.2218153120

Megalodon was a warm-blooded killer, but that may have doomed it to extinction | Live Science
https://www.livescience.com/animals/extinct-species/megalodon-was-a-warm-blooded-killer-but-that-may-have-doomed-it-to-extinction

2023년 6월 26일 미 과학아카데미에 게재된 연구에서 데폴대학의 고생물학자인 시마다 켄후 씨 연구팀은 메갈로돈의 치아를 구성하는 물질의 조성을 화학적으로 분석하여 메갈로돈이 어떤 생태를 가지고 있었는지를 조사하는 연구를 했습니다.

고대 생물의 많은 연구는 화석을 사용하지만 메갈로돈은 연골어류이기 때문에 신체의 뼈는 거의 화석이 되지 못합니다. 한편 메갈로돈이라는 이름의 유래인 거대한 치아 화석은 비교적 잘 발견되기 때문에 유력한 단서가 됩니다.

연구내용에 대해 시마다 씨는 “치아와 같이 생물학적으로 석회화한 경조직을 포함한 광물의 동위체를 조사하면 그것이 형성된 온도를 조사할 수 있습니다. 이 기술은 이전부터 공룡의 체온을 추정하는 데 사용되었는데 이번 연구는 상어와 같은 해양 척추동물에도 적용할 수 있음을 보여주었습니다."라고 설명했습니다.

분석 결과, 메갈로돈의 평균 체온은 27도로 현대 상어의 평균 체온인 22도~26.6도보다 높다는 것이 확인되었습니다. 이와 같이 대사열 등에 의해 높은 체온을 가지는 동물은 내온동물이라고 부르는데 메갈로돈은 몸의 일부가 부분적으로 따뜻한 '국소적 내온동물(regional endothermy)'이었다고 추정됩니다.

메갈로돈의 높은 체온은 빠르고 수영하거나 장거리를 이동하는 등 정점 포식자가 되는 데 필요한 힘을 얻는 데 유리하게 작동했습니다. 시마다 씨에 의하면 현대에서도 청어와 상어와 같은 온혈동물 상어는 냉혈동물 상어에 비해 빠르게 수영한다고 합니다. 또한 높은 신진대사는 음식의 소화를 촉진하는 데 도움이 되었다고 생각됩니다.

그러나 이 강점은 칼날의 검이기도 했습니다. 시마다 씨는 메갈로돈의 멸종 원인에 대해 “메갈로돈의 화석기록으로부터 모습이 사라진 시기는 지구의 기후가 차가워진 시기와 일치하는데 온혈동물인 메갈로돈이 차가워진 해역에서 살아남기 유리했음에도 불구하고 한랭화에 의한 생태계의 변화로 메갈로돈이 식량으로서 의존하고 있던 해양 포유류의 서식지역이 변화했고 식량부족이 멸종으로 이어졌을 것"이라고 보았습니다.

고대 이집트의 미라의 치아가 상당히 마모된 원인으로 석구로 갈아 만든 밀빵에 섞인 모래가 지적되듯 음식에 포함된 모래와 자갈은 치아의 천적입니다. 그런데 모래나 흙이 묻은 풀을 먹고 나서 정기적으로 입안으로 되돌려 치아로 다시 씹는 '되새김질'을 하는 소 등의 반추동물은 다른 초식동물보다 치아가 마모되지 않습니다. 소의 치아의 건강에는 특수한 위의 작용이 관여하고 있는 것을 독일과 스위스 등으로 구성된 대학의 연구에서 밝혀졌습니다.

The Ruminant sorting mechanism protects teeth from abrasives | PNAS
https://doi.org/10.1073/pnas.2212447119

Press release: Healthy teeth thanks to the "washing machine effect”
https://www.uni-goettingen.de/en/73613.html?id=7088

초식동물의 먹이인 풀에는 모래나 먼지가 붙는 데 미세한 입자로 인해 치아가 줄어들면 아무것도 먹을 수 없게 되어 버립니다. 그 때문에 초식동물 대부분은 에나멜질이 길게 성장하는 치아인 '장관치'를 발달시켜 왔습니다.

소 등의 반추동물도 장관치를 가지고 있지만 다른 초식동물의 치아에 비해 치관, 즉 치경에서 나오는 부분이 조금밖에 없습니다.

같은 것을 먹는데 왜 이런 차이가 있는지 확인하기 위해 독일 괴팅겐대학의 동물학자인 유르겐 훈멜 교수의 연구팀은 4마리의 소에 모래를 섞은 목초사료를 주고 되새김질을 위해 입으로 되돌린 먹이와 배출한 대변을 채취했습니다.

그리고 샘플에 포함되어 있는 모래의 주성분인 실리카의 양을 분석한 결과, 대변에는 먹이에 섞은 것과 같은 양의 실리카가 포함되어 있었지만 입으로 되돌린 먹이에는 거의 실리카가 포함되지 않는 것으로 나타났습니다. 구체적으로는 먹은 먹이에 포함된 실리카의 84% 전후가 제거되었습니다.

이에 훔멜 교수 연구팀은 “소는 되새김질 때 '루멘'이라 불리는 제1위로 모래를 씻어내고 있을 것”이라고 결론지었습니다. 반추동물은 위를 여러 개 가지고 있는데 그 중에서도 루멘은 최대 크기의 위로 소화를 위한 미생물이 풀을 발효시켜 분해하는 장소이기도 합니다. 루멘에 모래와 목구멍을 씻는 기능이 있다는 견해는 과거에 얻은 해부학적 지식에 의해 뒷받침됩니다.

이번 연구결과는 현대의 소에 대해서뿐만 아니라 태고 초식동물의 역사와 진화의 발걸음을 밝히는데 있어서도 중요합니다. 왜냐하면 치아는 화석으로 보존되기 쉽고 특히 초기 초식동물의 생태와 생활환경을 복원하는 경우 치아가 중요한 단서가 되는 경우가 많기 때문입니다.

훈멜 교수는 “우리의 연구는 대형 초식동물이 음식을 씹는 것에 대한 기본적이지만 거의 연구되지 않은 측면을 설명하고 치아의 기능과 진화 이해에 기여하는 것”이라고 평가했습니다.

서유럽에 서식하는 Temnothorax nylanderi라는 개미는 Anomotaenia brevis라는 기생충에 감염되면 일개미로서의 일을 그만두고 수명이 두 배 이상으로 연장되는 것으로 알려져 있습니다. 독일의 연구팀이 이러한 '숙주의 수명을 연장하는 기생충'이 개미의 수명을 어떻게 조작하고 있는지에 대한 새로운 논문을 생물학계 프리프린트 서버 bioRxiv에 게시했습니다.

Long live the host! Proteomic analysis reveals possible strategies for parasitic manipulation of its social host | bioRxiv
https://doi.org/10.1101/2022.12.23.521666

There's a Parasite That Triples Ants' Lifespans... And It Actually Sounds Pretty Great : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/theres-a-parasite-that-triples-ants-lifespans-and-it-actually-sounds-pretty-great

Anomotaenia brevis라는 벌레는 딱따구리를 종숙주로 하는 기생충이며 딱정벌레의 알을 포함한 딱따구리의 분변을 먹은 개미를 중간숙주로 하고 있습니다. 이 개미는 여왕개미를 정점으로 하는 집단을 형성하고 살고 있으며, 일개미는 여왕개미를 돌보며 일생을 마칩니다.

기생된 개미는 일하지 않을 뿐만 아니라 마치 여왕개미처럼 다른 일개미의 돌봄을 받게 됩니다. 3년에 걸쳐 집단을 계속 관찰한 연구에서는 다른 일개미가 보통 몇 개월 만에 죽어버리는 반면, 벌레에 기생된 일개미는 절반 이상이 3년 이상 살아남은 것으로 나타났습니다.

The Tapeworm That Helps Ants Live Absurdly Long Lives - The Atlantic
https://www.theatlantic.com/science/archive/2021/05/ant-tapeworm/618919/

독일 마인츠대학의 생물학 교수인 수잔네 포이츠크(Susanne Foitzik) 씨 연구팀은 이 기생충이 개미의 수명을 연장시키는 메커니즘을 조사하기 위해 개미의 혈액림프를 분석했습니다. 혈관계가 닫히지 않은 해방혈관계를 가지는 연체동물이나 절지동물에서는 혈액·림프액·조직액의 구별이 없기 때문에 이러한 체액을 정리하여 혈액림프라고 부르고 있습니다.

분석 결과, 기생된 개미의 혈액림프에는 기생충 유래의 단백질이 많이 포함되어 있는 것이 판명되었습니다. 기생충 유래의 단백질에는 개미의 외형을 젊게 유지하는데 도움이 되고 있다고 생각되는 2개의 항산화 물질이 포함되어 있었고 역할이나 종류를 특정할 수 없는 단백질도 많았다고 합니다.

또한 기생된 개미는 개미 자체에 의해 생산되는 'vitellogenin-like A'라는 단백질의 양도 많다는 것을 알게 되었습니다. vitellogenin-like A는 개미사회에서의 분업과 생식과 관련되어 있기 때문에 기생된 개미의 체내에서 이 단백질의 양이 늘어남으로써 다른 개미를 속여 여왕개미와 같은 돌봄을 받는다고 연구팀은 추정했습니다.

기생충이 vitellogenin-like A의 유전자 발현을 적극적으로 조작하고 있는지 아니면 기생에 의한 우발적인 작용으로 vitellogenin-like A의 생산량이 증가하고 있는지는 불분명합니다. 포이츠크 씨는 “사회성 곤충의 카스트는 일반적으로 유전자의 차이가 아니라 유전자 발현의 차이에 의해 제어되고 있는데 기존의 제어경로를 이용한 이 전략은 기생충에게 유용했을 것”이라고 보았습니다.

변온동물인 문어는 체온조절 기능을 체내에 갖추고 있지 않습니다. 따라서 문어의 뇌는 수온의 변화에 ​​항상 위험에 처해 있습니다. 그러나 매우 높은 지능을 가진 문어는 수온의 변화에 ​​따라 신경세포의 RNA를 그 자리에서 재작성하는 기능을 갖추고 있습니다. 그 결과 문어는 수온의 고저에 대응하고 있다는 연구결과가 시카고대학 해양생물학연구소의 조슈아 로젠탈 씨 연구팀에 의해 보고되었습니다.

Octopuses Can Rewire Their 'Brains' by Editing Their Own RNA on The Fly : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/octopuses-can-rewire-their-brains-by-editing-their-own-rna-on-the-fly

Octopuses rewire their brains to adapt to sea | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/991042

돌연변이는 여러 세대에 걸쳐 지속될 수 있는 돌이킬 수 없는 변화이지만 RNA 재작성은 개체가 환경변화에 적응하기 위해 수행되는 일시적인 수단입니다. 일반적으로 RNA의 재작성은 많은 식물에서 이루어지고 있지만 동물에서는 문어나 오징어 등의 두족류 이외에서는 드물다고 여겨지고 있습니다.

로젠탈 씨는 “RNA를 재작성함으로써 생물은 언제 어디서나 다양한 단백질을 발현시킬 수 있다”며 “두족류에 의한 RNA의 재작성은 환경변화에 적응하기 위한 수단인지에 대해서는 지금까지 밝혀지지 않았다”고 설명했습니다. 그래서 연구팀은 문어가 수온의 변화에 ​​적응하기 위해서 RNA를 재작성하는지, 또 RNA를 재작성으로 문어의 뇌내의 단백질의 기능에 영향이 있는지 여부를 조사했습니다. 로젠탈 씨 연구팀에 의하면 야생 문어는 다양한 수심으로 이동했을 때의 급격한 수온의 변화와 계절의 변화와 같은 완만한 수온 변화의 양쪽에 노출되고 있다고 합니다.

연구팀은 RNA의 재작성이 수온변화와 관련이 있는지를 조사하기 위해 야생의 '캘리포니아 투스팟 문어'를 포획하여 따뜻한 바다를 본뜬 22℃의 수조와 차가운 바다를 본뜬 13℃의 수조로 나누어 각각 순응시켰습니다. 몇 주 후 각 문어의 RNA를 DNA와 비교하여 이미 알려진 편집 부위 60,000개 이상에서 RNA 편집이 이루어진 흔적을 발견했습니다.

텔아비브 대학의 에리 아이젠버그 씨는 “수온에 적응하기 위한 RNA의 재작성은 이번 조사를 실시한 약 6만 곳의 편집 부위 중 약 3분의 1이 되는 2만 곳 이상의 부분에서 관측되었다”고 보고했습니다. 또 "재작성이 이루어지는 RNA는 신경계에 관련되는 RNA인 것이 많아 차가운 해수의 문어 쪽이 더 자주 RNA의 재작성을 했다"고 덧붙였습니다.

다음으로 연구팀은 문어의 RNA 재작성이 이루어지는 타이밍에 대해 조사를 실시했습니다. 실험에서는 문어의 유체를 사용하여 약 20시간에 걸쳐 14℃에서 24℃까지 0.5℃ 단위로 수온을 상승시켰습니다. 또한 동시에 24℃에서 14℃까지 0.5℃씩 수온을 저하시키는 실험도 실시했습니다. 그리고 수온 변화 전, 수온 변화 직후, 4일 후의 시점에서의 RNA 재작성의 정도를 측정했습니다. 실험 결과 수온변화의 완료로부터 1일 이내에 RNA의 큰 변화가 이루어지고 있는 것이 관측되었고 4일 후의 시점에서는 그 후에도 지속되는 새로운 RNA의 상태로의 변화가 완료되었습니다. 세인트 프란시스 대학의 매튜 버크 씨는 "우리는 지금까지 문어 RNA의 재작성이 몇 주 이내에 이루어지는지 아니면 몇 시간 내에 이루어지는지 전혀 알지 못했다"고 말했습니다.

다음으로 연구팀은 문어의 RNA 재작성이 단백질의 구조나 기능에 영향을 미치는지 조사하기 위해 신경계의 기능에 중요한 키네신과 시냅토타그민이라는 2가지의 단백질에 주목했고 RNA의 재작성 전후를 비교했습니다. 비교 결과 따뜻한 환경에 놓인 문어에서도, 차가운 환경에 놓인 문어에서도 마찬가지로 RNA의 재작성에 의해 이러한 단백질의 구조에 변화가 생겼고 그 기능에 영향을 주고 있는 것이 확인되었습니다.

또한 RNA의 재작성에 의한 수온변화에의 적응은 이번 조사된 캘리포니아 투스팟 문어뿐만 아니라 근연종의 베릴 투스포트 문어에서도 마찬가지로 관측되었기 때문에 연구팀은 다른 문어나 오징어에서도 온도에 적응하기 위한 RNA의 재작성을 하고 있다고 추측했습니다.

그러나 문어가 이 RNA의 재작성을 어떻게 제어하고 있는지, 왜 수온이 낮을수록 빈번한 RNA의 재작성이 이루어지고 있는지 등에 대해서는 불분명한 점이 많다는 것. 연구팀은 앞으로 이러한 의문점을 해결함과 동시에 문어나 다른 두족류가 저산소 상태나 수질 오염 등의 수중 환경에 따라 RNA의 재작성을 하고 있는지에 대해서 조사를 할 예정이라고 합니다.

벌레들이 불이나 불빛에 이끌리는 현상은 옛날부터 잘 알려져 왔습니다. 그럼에도 불구하고 그 원인을 지금까지 분명히 알지 못했는데 고속카메라를 이용한 관찰에서 규명으로 이어질 큰 힌트가 나타났습니다.

Why are insects attracted to artificial lights? | Live Science
https://www.livescience.com/animals/insects/why-are-insects-attracted-to-artificial-lights

Why Are Insects Drawn to Light? A Perennial Question Gets a New Answer. - The New York Times
https://www.nytimes.com/2023/04/27/science/moths-to-a-flame-insects-light.html

벌레가 빛에 이끌리는 '등화채집(라이트 트랩)'은 기원 1세기의 로마제국 시대의 서적에서 언급되고 있을 만큼 친밀한 현상이기 때문에 지금까지 많은 이론이 제창되어 왔습니다. 그 중에서도 주요한 가설은 크게 나누어 두 가지 있는데 그 중 하나는 벌레가 빛을 달 등의 천체와 혼동해 방향의 기준으로 삼는 '월 측위(lunar navigation) 가설'이고 다른 하나는 벌레에게는 잎과 덤불의 틈새에서 새어 나오는 빛을 목표로 향하는 습성이 있다는 '빛으로의 탈출(escape to light) 가설'입니다.

그 밖에도 광원으로부터의 열방사로 따뜻해지는 것을 선호하는 것이 아닌가 하는 설이나 인공광의 눈부심에 눈이 망가져 버린다고 하는 설 등 다양한 이론이 있지만 고속으로 날아다니는 곤충의 모습을 관찰하기는 쉽지 않기 때문에 지금까지는 가설에 머물고 있었습니다.

프리프린트 서버 bioRxiv에서 발표된 이번 연구 중 임페리얼 칼리지 런던과 플로리다 국제대학의 연구팀은 가나 잠자리 등의 곤충이 빛 주위를 날아가는 모습을 고속카메라로 촬영했습니다. 그 결과, 빛을 만난 벌레가 보여주는 비행 패턴은 3개로 분류할 수 있다는 것을 알 수 있었습니다.

첫 번째는 옆에서 빛에 대해 광원을 주회하도록 계속 선회하는 '궤도 주회 행동(왼쪽)', 두 번째는 광원이 머리 위에 있을 때 급상승하여 속도를 잃는 '실속 행동(중앙)', 세 번째는 광원 위를 통과한 후 지면을 향해 급강하하는 '반전 행동(오른쪽)'입니다.

특히 주목해야 할 것은 모든 행동 패턴에서 곤충이 항상 빛에 등을 돌리려고 노력했다는 것입니다. 일부 곤충과 물고기에서 볼 수 있는 이러한 습성은 ‘배광반사(Dorsal Light Response)’라고 불립니다.

이 결과를 바탕으로 지금까지 주요 가설을 검증한 연구팀은 빛을 등지고 날아가는 곤충의 행동이 어떤 가설과도 일치하지 않는다는 점을 발견했습니다. 첫째, 벌레는 빛을 목표로 하는 것이 아니라 빛을 등지고 날아갔기 때문에 빛으로의 탈출 가설은 부정됩니다. 또 월측위 가설에서는 곤충이 나선형의 궤적을 그려 광원을 향해 갈 것이라고 예측했지만 곤충은 광원 주위를 안정적으로 비행하는 움직임을 보였으므로 이 가설도 부적절합니다.

이런 점에서 연구팀은 곤충이 빛에 이끌리는 현상은 배광반사에서 가장 간략하게 설명할 수 있다며 배광반사는 기본적인 감각구조이므로 주행성인지 야행성인지에 관계없이 다양한 곤충이 빛에 유인되는 것에 대한 설명이 된다고 결론지었습니다.

하늘을 날아다니는 벌레가 이 배광반사를 익힌 것은 상하방향을 빠르게 감지하기 위해서로 평형감각을 가진 인간은 중력에 의지하여 어느 방향이 위에서 그 방향이 아래인지를 파악할 수 있지만 고속으로 날아다니는 벌레는 몸이 당겨지는 방향이 항상 아래인 것은 아닙니다. 그래서 곤충은 밝은 방향을 위, 어두운 방향은 아래라고 인식해 방향감각을 잡는 것으로 추정됩니다.

이번 연구에는 직접 관여하지 않은 하버드 대학의 연구원인 아발론 오엔즈 씨는 과학계 뉴스사이트 Live Science와의 인터뷰에서 “벌레에게는 중력을 이용하여 자신의 몸이 어디에 있는지를 알기 힘들고 그들에게 난다는 것은 우리가 물 속을 헤엄치는 것과 같다"고 설명했습니다.

오엔즈 씨에 따르면 빛은 벌레를 이끌 뿐만 아니라 유충의 성장을 방해하거나 반딧불의 발광을 방해하거나 빛을 싫어하는 곤충의 서식지역을 좁힐 수 있습니다. 따라서 이 문제를 해결하는 가장 효과적인 방법은 항상 조명을 끄는 것이라고 보았습니다.

그럼에도 불구하고 도시의 불을 끄고 완전한 어둠을 만드는 것은 현실적인 해결책이 아닙니다. 이번 연구에서는 그 밖에도 상향이나 수평방향으로 빛을 발산하는 조명에 비해 바로 아래에 투광하는 조명은 곤충에 대한 영향이 가장 적은 것으로 나타났습니다. 이 결과는 빛에 의한 피해를 줄이기 위해서는 지상만을 비추는 하향조명을 사용해야 한다는 과학자의 오랜 주장과 일치합니다.

논문 저자 중 한 명인 플로리다 국제
대학의 야시 송디 씨는 "빛을 위로 향하게 해 바닥에 놓으면 벌레는 거꾸로 추락하게 됩니다. 그러므로 불빛은 위로 향하지 않도록 또한 곤충의 시각을 고려하면 파란색보다 빨간색에 가까운 조명을 사용하고 가능한 한 야외조명을 끄는 것도 좋습니다"고 설명했습니다.

실험쥐의 머리카락을 반복해서 뽑아 모낭을 강제적으로 노화시켜 버리는 실험에서 색소를 만드는 세포가 모낭 안을 이동하면서 성숙과 회춘을 반복하는 독특한 능력을 가지고 있는 점과 그 능력을 잃어버리면서 흰머리가 되어 버리는 메커니즘이 밝혀졌습니다.

Scientists May Have Finally Worked Out Why Hair Turns Gray – And Possibly How to Stop It : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/scientists-may-have-finally-worked-out-why-hair-turns-gray-and-possibly-how-to-stop-it

Dedifferentiation maintains melanocyte stem cells in a dynamic niche | Nature
https://doi.org/10.1038/s41586-023-05960-6

Study Links ‘Stuck’ Stem Cells to Hair Turning Gray | NYU Langone News
https://nyulangone.org/news/study-links-stuck-stem-cells-hair-turning-gray

이전부터 흰머리의 원인은 '멜라노사이트'라는 특수한 색소세포의 부족으로 알려졌습니다. 그러나 왜 이것이 부족해져 버리는지, 흰머리가 되는 것을 막으려면 어떻게 하면 좋은 것인지에 대해서는 알지 못했습니다.

이 문제를 규명하기 위해 뉴욕대학의 연구팀은 우선 멜라노사이트 줄기세포라는 세포에 주목했습니다. 연구팀에 따르면 이 멜라노사이트 줄기세포는 머리카락이 자라는 모낭에 멜라노사이트를 공급하여 머리카락을 색 입히는 역할을 담당하고 있다는 것. 멜라닌세포 줄기세포는 털이 자라는 동안 모낭의 상부에 있는 모낭 벌지(Bulge)라는 부분에서 대기하고 있습니다만, 털이 빠진 후 새로운 머리의 성장이 시작되면 다시 성장구획으로 이동해 멜라노사이트를 공급합니다.

연구팀이 실험쥐 머리털을 여러 번 강제적으로 뽑아 노화시키는 실험을 실시했습니다. 그 결과, 모낭 벌지에서 정체된 멜라노사이트 줄기세포가 증가한 것이 확인되었습니다. 멜라노사이트 줄기세포가 노화에 의해 운동성이 상실되고 모낭 벌지 안에서 움직일 수 없게 되면 성장 중의 머리에 멜라노사이트를 공급할 수 없게 되어 흰머리의 원인이 됩니다.

한편 모낭 벌지와 모유두 사이를 계속 왕복한 멜라노사이트 줄기세포는 실험쥐의 수명에 해당하는 2년 간 재생능력이나 멜라노사이트로의 성숙능력, 색소를 생성하는 기능을 유지했습니다.

이 실험쥐에서의 실험결과에 대해 연구팀의 Qi Sun 씨는 “이 실험결과는 멜라노사이트 줄기세포가 어떻게 머리카락을 착색시키는지에 대한 기본적인 이해를 깊게 하는 것입니다. 멜라노사이트 줄기세포의 위치가 고정되어 버리는 현상은 인간에게도 존재할 수 있습니다. 그렇다면 정체된 세포가 발달 중인 모낭 구획 사이를 다시 이동할 수 있도록 도와줌으로써 인간의 흰머리를 복구하거나 예방할 수 있는 가능성이 보였습니다"라고 설명했습니다.

다음은 핑크색 멜라노사이트 줄기세포가 휴지기(왼쪽)에서 초기 성장기(오른쪽)로 변화할 때의 모습을 나타낸 것입니다.

이번 연구에서는 그 밖에도 멜라노사이트 줄기세포에는 멜라노사이트를 생성하는 과정에서 TA세포(transit-amplifying cell)로 분화한 후 또 줄기세포로 돌아가는 특수한 능력이 있는 것으로 나타났습니다.

TA세포는 멜라노사이트와 멜라노사이트 줄기세포의 중간상태와 같은 형태이지만 보통 줄기세포는 TA세포가 되면 되돌릴 수 없습니다. 한편 멜라노사이트 줄기세포는 발육 중인 모낭 속을 이동하는 과정에서 다양한 신호가 되는 단백질에 노출됨으로써 줄기세포와 TA세포 사이를 왕래할 수 있다는 것. 그러나 모낭 벌지로부터 움직일 수 없게 된 멜라노사이트 줄기세포는 이 사이클로부터 분리되기 때문에 멜라노사이트를 공급할 수 없게 되어 버립니다.

머리카락의 발달에 따라 이동하는 것은 멜라노사이트 줄기세포의 특유한 성질인데, 예를 들어 머리카락을 만드는 모낭 줄기세포는 이동을 하지 않아도 모낭세포로 이행할 수 있으므로 멜라노사이트 줄기세포가 없어져 버려도 새로운 머리카락, 즉 흰머리를 생길 수 있습니다.

연구책임자인 뉴욕대학 그로스만 의학부 이토 마유미 씨는 “흰머리가 자라거나 머리카락의 색깔이 빠지는 원인은 멜라노사이트 줄기세포의 카멜레온적인 기능의 상실에 있다고 생각되는데 멜라노사이트 줄기세포의 운동성과 가역적인 분화가 머리카락의 건강과 색을 유지하는 열쇠임을 시사한다"라고 설명했습니다.

지구상의 생명은 약 38억 년 전에 탄생했다고 추정하며 원시의 지구에서 어떻게 생명이 탄생했는지는 오래전부터 과학의 연구테마였습니다. 체코의 프라하 카렐 대학과 미국의 존스 홉킨스 대학 등의 연구팀이 생명을 형성하는 단백질이 원시 지구에서 어떻게 합성되었는지를 조사한 연구로 단백질의 구성요소인 약 20종류의 아미노산이 왜 선택되었는지, 아미노산의 조합이 생명에 어떤 영향을 미쳤는지에 대한 수수께끼의 일부를 밝혀냈습니다.

Ancient proteins offer new clues about origin | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/980966

Evolution Could Predate Life Itself, Protein Discovery Suggests : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/evolution-could-predate-life-itself-protein-discovery-suggests

Did evolution occur before life even existed? New study sheds light on how amino acids "evolved" | Salon.com
https://www.salon.com/2023/03/01/first-life-on-earth-amino-acid-study/

전체 아미노산 중 단백질의 구성요소가 되는 것은 22종이며 진핵생물은 그 중 21종, 인간을 포함한 많은 동물은 20종의 아미노산으로 구성되어 있습니다. 아미노산을 '문자'로 비유하면 단백질은 문자를 재정렬할 수 있는 '단어'이며 생명은 단어를 조합하여 구성된 '문장'이라고 표현할 수 있습니다.

지구상의 모든 생물은 인간에서 박테리아, 고세균에 이르기까지 공통되는 약 20개의 아미노산의 조합으로 구성되어 있습니다. 이 아미노산은 원시 지구의 대기나 운석의 파편으로부터 선택된 10종의 초기 아미노산과 그 후에 추가된 10종의 후기 아미노산으로 구성되어 있다고 생각되는데, 천연에 존재하는 500종류 이상의 아미노산으로부터 왜 약 20종의 아미노산만이 선택되었는지는 불분명합니다.

그래서 존스 홉킨스 대학의 생물물리학자인 스티븐 프리드 씨 연구팀은 생명 탄생 전 지구에서 풍부했던 다양한 아미노산의 조합을 실험실 내에서 재현하여 원시 단백질 합성을 모방하는 실험을 했습니다.

실험 결과, 고대의 유기화합물은 단백질의 폴딩에 최적인 아미노산을 선택하여 통합한 것으로 나타났습니다. 단백질의 모양과 접힘은 다른 분자와 주변 환경과 상호작용하는 방법을 결정하기 때문에 단백질 기능에 매우 중요합니다. 연구팀은 특히 나중에 추가된 10가지의 후기 아미노산이 단백질의 기능을 수행하는 데 있어서 우수하여서 구성요소로 선택되었다고 보았습니다.

과학계 미디어 Science Alert는 “즉, 단백질 합성단계에서 진화나 자연도태가 진행되었고 가장 흔한 아미노산이 아닌 가장 적합한 아미노산이 선택되었다”고 설명했습니다.

프리드 씨는 “다윈 진화를 위해서는 DNA나 RNA 등의 유전분자를 단백질로 바꾸는 세련된 방법이 필요합니다. 하지만 DNA를 복제하는데 단백질이 필요해 '닭이 먼저냐, 알이 먼저냐'라는 문제에 봉착합니다. 우리의 연구는 다윈 진화 이전에 자연이 유용한 성질을 가진 구성요소를 선택할 수 있음을 밝혀냈습니다. 폴딩은 지구상에 생명이 존재하기 전부터 생명의 진화를 가능하게 하고 있었습니다. 생물학이 생기기 전부터 진화가 가능했던 것처럼 DNA가 생기기 전부터 생명에 유용한 화학물질의 자연도태가 가능했습니다"라고 설명했습니다.

이번 연구는 지구상의 생명의 기원뿐만 아니라 다른 행성에 존재하는 생물의 가능성에 대해서도 시사하는 것으로 프리드 씨는 “우주는 아미노산을 좋아하는 것 같다. 혹시 다른 행성에서 생명을 발견하더라도 지구상의 생물과 그다지 차이가 없을지도 모른다”고 보았습니다.

일반적인 크기보다 14배나 긴 오징어나 미니밴 크기의 해면동물 등 심해에 서식하는 생물은 흔히 거대합니다. 그 이유에 대해 과학계 뉴스미디어 Live Science가 정리했습니다.

Why are there so many giants in the deep sea? | Live Science
https://www.livescience.com/why-deep-sea-animals-are-giants

뉴질랜드 대백과사전에 따르면 아남극 해역에 서식하는 거대한 오징어인 '남극하트지느러미오징어'는 뉴질랜드에서 일반적인 오징어인 '화살오징어'의 약 14배의 길이입니다. 남극하트지느러미오징어는 대왕오징어와 함께 세계 최대급의 무척추동물로 알려져 있으며 둘 다 심해에 서식하는 오징어입니다.

바다에 존재하는 먹이 대부분은 얕은 해역에 존재하기 때문에 바다의 최심부는 다른 해역에 비해 자원이 부족합니다. 캘리포니아의 몬터레이 베이 수족관에서 일하는 알리시아 비톤드 씨에 의하면 먹이가 부족한 장소에 서식하는 생물은 몸을 크게 해 큰 이점을 얻을 수 있다고 합니다.

비톤드 씨는 “몸이 큰 생물은 먹이를 찾거나 동종생물을 찾기가 쉬워지고 더 빠르고 멀리 이동할 수 있게 되고 더욱 효율적 대사가 되기 때문에 적은 음식으로 장시간 활동하는 것도 가능합니다. 그 덕에 얕은 해역에서 죽은 생물의 사체가 심해까지 도착했을 때 몸의 큰 생물은 다른 생물보다 많은 사체를 먹는 것이 가능해져 많은 에너지를 보다 장시간 체내에 축적할 수 있습니다"라고 설명했습니다.

또한 심해의 낮은 수온이 생물의 대사를 현저하게 느리게 함으로써 '심해생물의 거대화'를 조장하고 있을 가능성도 있습니다. 심해에 서식하는 그린란드상어는 1년에 1cm밖에 성장하지 않고 약 150년에 걸쳐 성숙하며 체장 24피트(약 7.3미터), 체중 1.5톤까지 성장하는 경우도 있습니다. 비톤드 씨에 따르면 심해에는 포식자가 없기 때문에 그린란드상어는 매우 크게 성장할 수 있다는 것. 이 그린란드상어와 같이 심해생물에는 성장에 매우 오랜 시간이 걸리는 케이스가 자주 있다고는 합니다.

저온의 환경에서 생물이 거대하게 성장하는 경우는 심해 이외에서도 확인되고 있습니다. 남극에서는 거대한 민달팽이나 웜, 바다거미 등이 확인되고 있으며 30피트(약 9.1미터) 정도의 얕은 물에서도 평소보다 거대한 생물이 확인되고 있습니다.

저온환경에서 생물이 거대화하는 현상에 대해 연구하고 있는 몬타나 대학의 생체생리학자인 아트 우즈 교수는 “남극대륙에는 거대한 생물이 지표 근처에 서식할 수 있게 하는 뭔가가 있다"며 낮은 온도와 산소공급이 영향을 미칠 수 있다고 보았습니다.

미국지질조사소(USGS)에 따르면 심해에서는 산소농도가 높아진다고 합니다. 그러나 심해에서는 수온이 낮아져 생물의 대사효율을 저하시키기 때문에 "산소사용률도 낮아진다"고 우즈 교수는 지적했습니다. 즉, 심해에서는 산소농도가 높지만 생물의 산소소비는 느리기 때문에 산소결핍에 시달리지 않고 심해의 생물은 더 크게 몸을 성장시킬 수 있게 된다고 우즈 교수는 추정했습니다. 풍부한 산소가 반드시 생물을 크게 성장시킨다고 하는 것은 아니지만 크게 성장하는 것을 가능하게 하는 요인인 것은 분명하다고 합니다.

그러나 심해에 서식하는 생물에도 성장의 한계가 보이는데, 2017년에 발표된 연구에 따르면 북극에 서식하는 바다거미는 길이 12인치(약 30.5cm) 정도까지 성장할 가능성이 있으며 거대한 바다거미는 체내의 산소농도가 낮은 것으로 밝혀졌습니다. 우즈 교수는 “북극의 거대 바다거미는 충분한 산소를 흡수할 수 없을 정도로 거대한 크기로까지 성장한 것으로 보여 이미 크기의 한계에 도달하고 있다고 보인다"고 추정했습니다.

덧붙여 심해의 생물이 거대해지는 이유로 저온의 해수나 먹이의 부족함 외에도 다양한 요인이 생각되기 때문에 체격의 변화에 ​​관한 메카니즘은 생물학적으로 확실한 것은 아무 말도 할 수 없다고 우즈 교수는 설명했습니다.

인도 중부에서 발견되어 1883년에 런던자연사박물관에 보관되어 있던 광물이 최근 공룡의 알인 것으로 밝혀졌습니다. 이 공룡알을 분석하면 공룡이 둥지를 어떻게 만들었는지 명확해질 수 있습니다.

The first known dinosaur egg? A new discovery from the Museum's collection | Natural History Museum
https://www.nhm.ac.uk/discover/titanosaur-dinosaur-egg-agate-museum-discovery.html

Centuries-old rock turned out to be ancient dinosaur egg | Miami Herald
https://www.miamiherald.com/news/nation-world/world/article273835070.html

인도 중부에서 채집된 광물표본은 1883년 런던자연사박물관의 광물학 컬렉션에 등록되어 지금까지 전시되어 왔습니다. 이 광물은 거의 완전한 구체를 가지고 있으며 직경은 약 15cm로 옅은 분홍색과 흰색 줄무늬를 형성하고 있는데 지금까지 외형의 아름다움 이외의 중요성은 없다고 생각되었습니다.

그러나 2018년 프랑스에서 열린 광물 전시회에서 학예원인 로빈 한센 씨가 런던자연사박물관에 보관된 광물과 비슷한 외형의 공룡알을 본 경험을 떠올리면서 상황이 바뀝니다. 한센 씨에 의하면 그 공룡의 알은 구형으로 껍질이 얇고 중심에 어두운 줄무늬가 있었다고 합니다.

한센 씨는 런던 자연사박물관이 소장한 광물표본을 고생물학자인 폴 바렛 씨와 수잔나 메이드먼트 씨에게 조사를 요청했습니다. 조사결과에서 이 광물표본은 공룡알에 가까운 크기와 모양이었고 줄무늬 주위의 얇은 층은 계란껍질처럼 보였습니다. 또한 이 광물 주위에는 한때 큰 구형의 물체가 2개 모여 있었던 사실도 드러났습니다.

바렛 씨는 CT스캐너를 사용하여 광물에 대한 추가조사를 수행했지만 밀도가 높아 광물의 세부를 관찰할 수 없었습니다. 그러나 이 광물표본이 수집된 장소나 크기, 형상, 표면의 특징으로부터 공룡의 알인 것은 거의 확실히 되었습니다. 게다가 이 알은 한때 중국이나 인도, 아르헨티나 등에 서식했던 티타노사우루스의 알의 특징과 일치했습니다.

이 알은 1817년부터 1843년 사이에 인도 중부에서 찰스 프레이저 씨가 발견한 것으로 당시에는 아직 '공룡'이라는 말조차 존재하지 않았습니다. 또한 공룡이 알을 낳는다는 사실은 몽골에서 공룡 둥지가 처음 발견된 1923년까지 밝혀지지 않았습니다. 바렛 씨는 "공룡알이 처음으로 과학적으로 인식되기 전인 80년 전에 수집되었을 것"이라고 보았습니다.

이 알을 낳은 티타노사우루스는 체장 37미터, 체중 57톤으로 지구상에 지금까지 존재했던 공룡 가운데 최대급의 육상동물로 알려져 있는데 알의 크기는 직경 약 15cm로 꽤나 작습니다. 바렛 씨는 "티타노사우루스는 육상에서 살아남기 위해 바다거북이나 악어와 같이 한 번의 산란으로 많은 양의 알을 낳았다고 추정되며 그 수는 약 30~40개로 그 중 몇 개가 성체로 성장했을 것"이라고 보았습니다.

티타노사우루스가 서식했던 인도 중부는 과거 초대륙에 위치하고 있었고 'Deccan Traps'라는 활발한 화산군이 존재했는데 거대한 몸을 가진 티타노사우루스는 알 위에 앉아 따뜻하게 할 수 없기 때문에 따뜻한 땅은 산란 장소로 최적이었다고 합니다.

티타노사우루스가 따뜻한 모래 위에 알을 낳은 직후 근처의 화산이 분화해 용암이 둥지를 덮었고 알은 차가워진 용암 속에 남겨져 내부구조나 배아가 부패했습니다. 그 후 실리카를 많이 포함한 물이 바위나 알의 껍질을 투과하면서 최종적으로는 핑크색의 줄무늬 광물이 되고 6000만 년 후에 인도 중부에서 채굴되어 런던자연사박물관에 소장되게 되었다고 보입니다.

도쿄해양대학이 동일본 대지진 진원지역을 포함한 일본 주변 심해 관측조사 중 수심 8336m 부근에서 영상에 촬영된 물고기가 '세계 최심부에서 발견된 물고기'로 기네스 세계기록에 인정되었다고 발표했습니다.

日本周辺の超深海調査でギネス世界記録を更新！4/4 に本学で公式認定証授与式を実施いたします
https://www.kaiyodai.ac.jp/upload-file/8ab43ca0cbc3a5800930d499662e295a736e165c.pdf

Scientists break new record after finding world's deepest fish
https://www.uwa.edu.au/news/Article/2023/April/Scientists-break-new-record-after-finding-worlds-deepest-fish

이번 조사는 도쿄해양대학 해양환경과학부문의 박사연구원인 기타사토 히로시 씨가 일본측 연구조사 책임자를 맡아 도쿄해양대학・서호주대학・해양연구개발기구・나고야대학・니가타대학・도쿄대학・남덴마크 대학 등으로 구성된 연구그룹이 조사선 Pressure Drop호로 실시한 환태평양 화산대 항해 2022(Ring of Fire 2022)프로젝트입니다.

2022년 9월, 조사선 DSSV Pressure Drop호는 세계에서 가장 깊은 장소에 서식하고 있는 물고기의 개체수에 관한 10년간의 연구의 일환으로서 일본 해구, 이즈·오가사와라 해구, 류큐 해구에서 깊이 8000m・9300m・7300m 영역을 조사했습니다. 이번 기네스 기록에 인정된 물고기의 영상은 이즈·오가사와라 해구의 깊이 8336m 지점에서 촬영된 것으로 Pseudoliparis속의 미지의 종이 헤엄치는 모습이 카메라에 포착되었습니다.

서호주 대학이 공개하고 있는 실제 영상을 살펴보면 기네스 세계기록에 인정된 물고기는 영화의 전반부에 등장합니다. 지금까지 살아있는 물고기가 확인된 최심기록은 마리아나 해구의 수심 8178m 지점으로, 이번에는 한층 더 150m 이상 깊은 장소에서 물고기의 영상이 촬영되었습니다.

Finding the world's deepest fish - YouTube
https://www.youtube.com/shorts/TktdNurphxA

수심 8000m 이상이라는 깊이에는 많은 생선이 서식하고 있고 나름 활기찬 지역임에도 불구하고 사상 가장 깊은 장소에서 발견된 물고기는 작은 유체였다고 합니다. 통상 심해어의 유체는 성체보다 얕은 곳에 서식하고 있는 경우가 많은데 Pseudoliparis속은 반대로 유체가 성체보다 깊은 곳에 서식하고 있는 경우가 많다고 합니다.

또한 촬영으로부터 며칠 후 일본 해구의 수심 8022m 지점에서 두 마리의 스네일 피쉬(Pseudoliparis belyaevi )가 포획되었습니다. 지금까지 살아있는 물고기의 포획에 성공한 최심부는 수심 7703m로, 이 스네일 피쉬 2마리는 8000m를 넘는 깊이에서 포획된 최초의 물고기가 됩니다.

서호주 대학의 교수이자 원정대의 주임 과학자이기도 한 앨런 제이미슨 씨는 “나에게 있어서의 진정한 수확은 물고기가 수심 8336m 지점에 서식하고 있다는 것이 아니라 오히려 이즈·오가사와라 해구의 환경에 관한 정보를 충분히 가지고 이 해구가 가장 깊은 물고기가 있는 장소라고 예측할 수 있었던 것으로, 이번의 탐험 이전에는 그 누구도 이 해구 전체에서 물고기를 본 적도 포획한 적도 없었다”고 평가했습니다.

∆ 광합성이란 전자의 이동

광합성이 물과 이산화탄소로부터 전분과 산소를 만듭니다.

6H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2

식물은 엽록체에서 광합성을 하는데 여기에서 전자의 이동이 일어납니다.

2H2O + 빛에너지 → 4H+ + 4e- + O2

태양광의 에너지가 스스로 전자를 꺼냅니다. H는 수소원자로 양성자와 전자(e-)로 되어 있기 때문에 전자를 잃은 수소원자는 벌거벗은 양성자가 되는데 이것이 수소이온(H+)입니다. 양성자라고도 합니다.

태양의 에너지가 물을 산소와 양성자와 전자로 분해하는 것이 광합성의 시작입니다.

∆ 체내 발전

양성자라고 하는 것은 플러스의 전하를 띠고 전자라는 것이 마이너스의 전기를 가지는데 이 사실은 엽록체, 이른바 잎에 전류가 흐르고 있다는 것입니다.

우리 인간이라는 생명체에도 전기가 흐르고 있습니다. 그 증거로 하루에 약 10만 회나 고동을 치고 있는 심장이 움직이는 원리는 건전지의 10분의 1~100분의 1 정도의 전기가 흐르고 있기 때문입니다. 심전도라는 장치는 심장의 전류를 측정할 수 있고 심장의 전류가 끊어지면 고동이 멈추고 죽어 버립니다.

∆ 세포 내외의 체액

체내의 전기는 세포막의 양성자 구배에 의해 생기는 전위차가 양성자를 기전력으로서 만들어내고 있습니다 .

심장의 고동은 전기신호가 1회 발신하면 심장의 근육이 1회 수축하는 구조로 되어 있기 때문에 전기신호가 규칙적 고동의 리듬을 새기는 역할도 하고 있다고 말할 수 있습니다.

이러한 전기는 세포막의 전위차로 발생하는데, 세포는 막으로 둘러싸여 있고 세포내액과 세포외액은 성분이 다릅니다. 세포내액은 칼륨이온의 농도가 높고 세포외액은 나트륨이온의 농도가 높습니다. 이 상태라면 세포 내의 전위는 마이너스 70mV로 외부에 비하면 마이너스 80mV 정도로 유지되고 있는데 세포 내가 자극을 받으면 나트륨 채널이 열리고 나트륨이온이 세포 내에 들어옵니다. 그러면 막의 전기가 플러스로 올라갑니다. 그렇게 되면 이번에는 칼륨 채널이라는 것이 열리고 세포 내에 있던 칼륨이온이 세포 밖으로 나가고 그리고 세포 내부가 플러스 40mV가 되면 나트륨 이온의 유입이 멈추는 구조로 되어 있습니다. 이것이 세포가 자극을 받을 때 순식간에 이루어지고 있습니다.

여기까지 세포내액은 마이너스 70mV에서 플러스 40mV까지 상승했지만 전위가 높은 채로는 신호가 되지 않으므로 이번에는 정상상태로 돌아가기 위해 역동작을 합니다. 나트륨이온을 밖으로 내보내고 칼륨이온을 도입하는데, 이것을 수행하고 있는 것이 나트륨 펌프, 정식으로는 '나트륨-칼륨 ATPase'라고 불리는 효소로 이것이 세포막을 관통합니다. 이 나트륨 펌프라는 것은 ATP가 1분자 가수분해될 때마다 칼륨이온을 2개 펌핑하여 3개의 나트륨이온을 배출하는데 이것에 의해 세포가 자극을 받기 전의 상태가 되고 전위도 마이너스 70mV로 돌아갑니다. 이러한 신호의 전파가 정상적으로 행해지고 있으므로 신체도 두뇌도 기능합니다.

위와 같은 채널을 통과하는 흐름으로는 이온농도가 짙은 쪽에서 얇은 쪽으로 이동하는 성질이 있으며 이것을 수동수송이라고 하는 데, 이러한 성질에 따라 흐르는 분에는 에너지는 필요하지 않습니다. 상류에서 하류로 흐르는 것과 같습니다. 그러나 그 반대의 흐름에는 에너지가 필요합니다. 지금까지도 여러 번 나온 펌프라는 채널이 가동하는 에너지도 그중 하나입니다. 이것은 전기화학적 잠재력의 구배에 반대되는 능동수송이므로 에너지가 필요합니다. 이 이온의 움직임이 잘 작동하지 않으면 건강에 큰 영향을 미칩니다.

예를 들어 복어의 독은 나트륨 채널을 닫습니다. 반대로 전갈의 독은 나트륨 채널을 열린 상태를 유지합니다. 이로 인해 인간이 죽음에 이르기도 하는데 세포막 채널의 오작동이 미치는 영향을 잘 알 수 있습니다.

이러한 작용을 이용하여 약품이 만들어지고 있는데, 예를 들어 부정맥이나 협심증과 같은 심장병의 경우에는 칼슘 채널의 작용을 제어하여 세포 내에 칼슘이 유입되는 것을 막는 '칼슘 길항제'와 역으로 칼륨 채널 개구약이라는 것도 있습니다. 또 위약 중에는 '양성자 펌프 억제제'라는 것이 개발되어 위궤양은 자르지 않아도 치료할 수 있게 되었습니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 人体の発電システムとその仕組み
http://mizukagaku.co.jp/blog/1788/#:~:text=%E3%81%93%E3%81%86%E3%81%97%E3%81%9F%E4%BD%93%E5%86%85%E3%81%AE%E9%9B%BB%E6%B0%97%E3%81%AF,%E9%9B%BB%E5%8A%9B%E3%81%A8%E3%81%97%E3%81%A6%E7%94%9F%E3%81%BF%E5%87%BA%E3%81%97%E3%81%A6%E3%81%84%E3%81%BE%E3%81%99%E3%80%82