자유시간

천연의 정밀 카메라라고 할 수 있는 동물의 안구나 뇌에 필적하는 뉴런으로 8개의 다리를 자유자재로 움직이는 문어의 신경절 등 생물은 놀라울 정도로 복잡한 진화를 이루어 왔습니다. 한편 시력을 상실한 동굴의 동물이나 조개껍데기가 사라진 조개류 등 언뜻 보면 진화가 역행한 것 같은 형태를 보이는 생물도 있습니다. 그런 진화의 이상에 대해 생물학자가 설명했습니다.

Does evolution ever go backward? | Live Science
https://www.livescience.com/regressive-backward-evolution

과학을 다루는 뉴스사이트 Live Science에 따르면 생물 중 일부는 '퇴행진화(regressive evolution)'라는 현상으로 복잡한 기능을 잃고 더욱 단순한 방향으로 되돌아가는 것처럼 보이는 변화를 한 동물이 있다는 것. 생물학자는 그런 퇴행진화도 긍정적인 진화의 일부이며 후퇴하고 있는 것이 아니라고 설명했습니다.

이에 대해 런던의 자연사박물관에서 생명과학을 연구하는 베스오캄라 교수는 “퇴행진화란 이전의 진화과정에서 획득한 복잡한 형태가 소실된다는 것”이라며 퇴행진화의 가장 극단적인 예로 물고기에 기생하는 생물인 'myxozoa'를 꼽았습니다.

myxozoa는 입도 신경도 내장도 없는 매우 단순한 구조의 생물로 본질적으로 단세포 생물이
입니다. 그 때문에 발견 초기에는 Paramecium와 같은 단세포의 원생동물로 분류되어 있었는데 이후의 연구에서 고도로 퇴화한 동물이라는 사실을 알게 되었습니다. 구체적으로는 myxozoa는 원래 해파리의 일종인 자포동물이었지만 기생생활에 필요하지 않은 기능을 덜어내 최종적으로 다세포 생물에서 단세포 생물로 진화를 이루었다고 여겨지고 있습니다.

다세포 생물에서 단세포 생물이 된 것 형태적으로는 퇴행한 것처럼 보이는 현상인데 오카무라 교수는 “단세포 생물로 수렴된 것이라고 말할 수 있다”고 보았습니다.

진화의 발걸음이 역행하지 않는다는 점은 미국 메릴랜드 대학의 생물학자인 윌리엄 제프리 교수도 동의했습니다. 예를 들면 어두운 동굴에 서식하는 물고기 중에는 눈이 퇴화한 것이 있는데 이것은 눈이 발달하기 전의 상태로 회귀한 것은 아니다는 것. 안구가 발달하는 과정이 멈추고 피부에 묻힌 흔적기관이 된 눈에 대해 제프리 교수는 "이런 생물은 안구가 퇴행한 것이 아니라 단지 진행을 멈춘 것"이라고 설명했습니다.

어떤 기관이 소멸하거나 몸의 부위가 단순화되는 등 눈에 띄는 변화에 주목하기 쉽지만 눈에는 보이지 않는 부위에서 기능이 복잡해지고 있는 경우도 자주 있습니다. 예를 들어, "블라인드 케이브 피쉬"라 불리는 동굴생물 Astyanax mexicanus는 진동에 반응하는 기관을 발달시켜 어두운 환경에서도 주변 상황을 기민하게 감지하는 능력이 있습니다.

캐나다 맥마스터 대학의 생물학자인 브라이언 골딩 교수는 “진화가 역행하지 않는 이유 중 하나는 적응하는 것이 변화로 이어지기 때문입니다. 만약 생물의 몸에 있는 변화 일어나면 그 적응은 다른 유전자에도 영향을 미칩니다. 그 후 한 변화가 역행하더라도 진화가 뒤로 돌아왔다고 말하기 위해서는 다른 모든 유전자도 되돌려야 한다"고 설명했습니다.

앞서 언급한 블라인드 케이브 피쉬의 경우 눈의 변화는 머리뼈의 구조에도 영향을 미쳤습니다. 그 때문에 눈의 형성에 필요한 단백질의 합성에 관한 유전자가 변이해도 안와, 즉 안구가 들어가 있던 머리뼈의 움푹 들어간 곳이 없어지거나 하지 않는다고 생각되고 있습니다.

이와 같이 퇴화로 인해 기관이 없어지면 복잡한 기관을 만들기 위한 에너지 비용이 줄기 때문에 생태나 동굴 등의 환경에 적응한 결과로 퇴행진화도 진화의 하나라고 합니다.

퇴행진화에 대해 오캄라 교수는 “개체의 체력을 향상시키는 돌연변이가 선택된다는 점에서 진화는 항상 진보적인 것”이라고 말했습니다.

지구에서 최초의 생명출현에 대한 의문은 아직 밝혀지지 않았고 생명의 기원에 관한 이론은 123개나 나왔으며 분자의 움직임을 시뮬레이션하는 알고리즘으로 규명이 시도되는 등 다양한 접근법이 이루어지고 있습니다. 미국에 있는 라트가즈 대학의 연구팀이 2023년 3월에 발표한 내용에서는 지구상 최초의 생명에 있어서 동력이 되는 '대사'의 기원이 있는 물질을 특정해 그것이 지구상에서의 생명을 유발했을 수 있음을 나타냈습니다.

Design of a minimal di-nickel hydrogenase peptide
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq1990

Scientists identify substance that may have sparked life on Earth
https://phys.org/news/2023-03-scientists-substance-life-earth.html

생명의 기원에 관한 이론으로 '생명의 기원은 번개로 태어났다'는 실험이나 '진흙 속에서 태어났다', '솟아나는 열수로부터 태어났다' 등 태어난 장소와 현상에 대한 가설도 있습니다. 한편 생명에 필수적인 단백질이나 DNA를 기원으로 하는 사고방식도 주요한 가설이 되고 있는데 'DNA와 단백질의 양쪽 모두의 합성에 관련되어 있는 RNA가 생명 탄생의 계기'라는 RNA 월드 가설과 '더 단순한 분자에서 시작되었다'는 단백질이나 생명을 촉진하는 대사 시스템에 주목한 '대사 우선 모델'이라는 가설도 있습니다. 라트가스 대학의 연구는 이 '대사 우선 모델'에 가깝고 대사의 기원이 되는 단순한 물질을 발견했다고 연구팀은 발표했습니다.

과학 저널의 Science Advances에 게재된 논문에서는 무산소 상태인 원초의 지구에서 생명이 살기 위한 대사 프로세스에는 수소가 필요하고 수소가스를 활성화하는 효과가 있는 효소인 hydrogenase가 생명의 조상이라는 연구도 있습니다. 그러나 현존하는 hydrogenase는 수백 개의 아미노산과 복수의 보조인자로 이루어진 복잡한 구성이기 때문에 연구팀은 더욱 작고 단순한 성분의 물질이 있다고 가정하고 '니켈백'이라고 명명한 후 13개의 아미노산으로 이루어진 니켈 결합 펩티드를 설계하여 실험을 했습니다. 그 결과 "생명의 대사에 관여하는 현대의 효소는 매우 복잡하지만 초기 지구에서는 단순한 펩티드 전구체이며 거기에서 진화했을 가능성이 높다"고 나타났습니다. 아래의 이미지는 니켈백의 모델을 다른 천연효소와 비교한 것으로 왼쪽이 hydrogenase, 중앙이 니켈백, 오른쪽이 대형이고 복잡한 단백질의 카르복실산 합성효소(ACS)입니다.

연구자들은 니켈을 초기 해양에 풍부하게 존재하는 금속이라고 추정하고 있으며 니켈이 펩티드와 결합함으로써 니켈원자가 촉매가 되어 수소가스를 생성함으로써 대사를 촉진하기 위한 중요한 에너지원인 수소를 초기 지구에서도 풍부하게 발생시킬 수 있었다고 보았습니다.

라트가스 대학의 첨단생명공학 및 의학센터 연구원인 비카스 난다 씨는 이 연구에 대해 “과학자 중 일부는 35~38억 년 전 사이에 터닝포인트가 있었다고 생각합니다. 이 시점에서 생명 전 분자에 대한 프리바이오틱스 과학에서 생물학적 시스템으로의 변화가 시작되었습니다. 이 변화는 고대의 대사반응에서 중요한 역할을 하는 작은 펩티드 전구체에 의해 일어난 것으로 생각됩니다”라고 설명했습니다.

이 연구는 라트가스 대학이 이끄는 팀과 NASA의 우주생물학 프로그램이 협력하여 실행되고 있으며 NASA의 과학자는 우주에 있는 새로운 생명체의 징후를 나타내는 '바이오 시그니처'를 찾고 있습니다. 2020년 11월에는 NASA의 과학자팀이 토성의 위성 '타이탄'에 '생명을 형성할 수 있는 탄소화합물'을 바이오 시그니처로 발견했습니다. 난다 씨에 따르면 니켈백과 같은 펩티드도 생명이 탄생하는 행성을 검출하기 위한 바이오시그니처가 될 수 있기 때문이라고 합니다.

Detection of Cyclopropenylidene on Titan with ALMA - IOPscience
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-3881/abb679

‘Weird’ Molecule Discovered in Titan’s Atmosphere | NASA
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2020/nasa-scientists-discover-a-weird-molecule-in-titan-s-atmosphere/

또 난다 씨는 “생명의 기원에 대해서는 많은 이론이 있지만 이러한 아이디어를 실제 실험실에서 테스트한 예는 거의 없습니다. 이 연구는 단순한 단백질의 대사효소가 존재할 수 있다는 것뿐만 아니라 그들이 매우 안정적이고 매우 활동적임을 보여주며 생명의 출발점으로서 그럴듯한 설명이 되고 있다”고 연구의 가치를 평가했습니다. 또한 니켈백을 비롯한 금속 펩티드가 산화환원 반응 등의 많은 반응에서 촉매가 될 가능성을 조사함으로써 주요 고대의 대사반응 네트워크에 대해 펩티드의 기원을 여러 개 규명할 것으로 기대됩니다.

낯선 두 사람이 서로를 보고 한눈에 사랑에 빠지는 과정은 로맨틱한 만남 중 하나입니다. 그런 사랑이 '사랑'인지 아니면 '욕망'인 것인지에 대해 과학계 뉴스사이트 Live Science가 전문가의 견해를 정리했습니다.

Is love at first sight real? | Live Science
https://www.livescience.com/is-love-at-first-sight-real

2016년 연구에서 연구자는 “사랑은 '욕망·매료·애착'이라는 3가지로 분류되어 각각의 요소가 서로 보강하고 있다”고 논했습니다. 논문의 저자에 의하면 이 3가지는 서로 관련되어 있지만 뇌에서는 별개의 프로세스로서 처리되고 있다고 합니다.

구체적으로는 뇌의 편도체에 의해 조정되고 있는 테스토스테론이나 에스트로겐이라는 호르몬이 욕망에 관여하고 있는 한편 상대에게 끌리는 매료는 보상이나 쾌감 등의 감각에 대해 중요하게 작용하는 측좌핵과 복측피개야에서 결정됩니다. 또 사람이 누군가에게 매력을 느끼고 있을 때는 도파민이나 노르아드레날린, 코르티솔이라고 하는 신경전달물질이 작용하고 있고 애착을 느끼고 있을 때는 옥시토신이나 바소프레신이라는 호르몬이 우위에서 작용하는 상태입니다.

세 가지 유형의 사랑 중 첫눈에 빠진 순간의 두뇌를 지배하는 것은 욕망일 것이라고 영국의 The Bath Couples Therapy Practice의 임상심리학 박사인 에릭 라이든 씨는 보았습니다. 그는 “사랑스럽고 취한 듯한 감정은 오래 지속되지 않고 육체적인 매력과 욕망과 관련이 있다”고 설명했습니다.

라이든 씨가 생각하는 사랑이란 다행감과 강박관념적인 생각이 마음을 채우는 것과 동시에 육체에서는 행복 호르몬의 하나인 도파민이나 애정 호르몬이라고 불리는 옥시토신의 분비가 증가하는 상태입니다. 이것을 전술한 내분비계의 연구에 적용하면 욕망・매료・애착의 3가지 중에서 가장 진정한 사랑에 가까운 것은 애착이라고 합니다.

사랑을 키우는 데는 시간이 걸린다고 생각하는 온라인 클리닉 Dr Fox Online Pharmacy의 의료라이터인 데보라 리 씨는 “한눈에 반하는 사람도 있지만 심리학자로서는 이의가 있습니다. 사랑은 상대의 마음과 가치관 혹은 스킬을 사랑하게 되는 가운데 시간을 들여 자라기 때문입니다. 참사랑은 성적매력이나 열정만이 아닙니다”라고 주장했습니다.

리 씨에 의하면, 연애의 초기 단계는 의존증을 닮아 있어 사랑이 시작될 때 활성화하는 뇌의 부위는 코카인 중독이 되어 있을 때와 같은 부위라는 것.

2016년 연구에서 로맨틱한 연애와 중독의 유사성에 대해 조사한 중국의 연구자들도 논문에서 사랑을 하고 있는 사람이 상대에게 열중하고 있을 때 그 사람은 기분이 이상해지는 감각과 발작적인 다행감과 함께 기분의 침체를 경험하고 강박적인 혹은 충동적인 행동에 촉진되고 뒤틀린 현실 속에 살며 종종 상대에 의존합니다. 그러나 그러한 감정은 관계가 성숙함에 따라 부드러워지므로 연애가 후기에 도달하면 약물중독과는 다르게 됩니다”라고 적었습니다.

첫눈의 사랑은 기억을 처리하는 뇌의 구조가 그렇게 만들고 있을 가능성이 있습니다. 2012년에 발표된 연구에 따르면 사람의 기억은 기억했을 때의 감정에 따라 변화한다는 것. 그러므로 파트너를 사랑하는 사람이 상대방과의 만남에 대해 회상하면 당시에는 그렇게 신경이 쓰이지 않았는데 처음부터 좋아했던 것처럼 착각해버릴 가능성이 있습니다.

이러한 기억의 왜곡 외에도 '긍정적인 착각'이라는 현상에 의해서도 파트너에 대한 인식은 영향을 받습니다. 친밀한 상대를 긍정적으로 보는 현상에 대해 파헤친 2018년 연구에서 가장 행복한 커플은 '장미빛깔의 안경'으로 상대를 보고 있는 사람들이었다는 것을 알게 되었습니다. 이러한 현상으로 상대가 긍정적으로 보이면 의심이나 대립이 적어 관계의 만족도가 높아집니다. 게다가 긍정적인 착각에 빠지면 실제로는 친밀해지는 데 시간이 걸렸지만 첫만남 때부터 사랑하고 있었던 것처럼 느끼는 일도 있다고 합니다.

2023년 3월 8일에 런던에서 개최된 '인간게놈 변편집에 관한 제3회 국제회담'에서 불임치료의 가능성을 높이는 기술의 초기 개념의 실증으로 '수컷 마우스의 세포로부터 난자를 만들고 수정하고 나서 암컷의 마우스에 이식하는 식으로 수컷과 수컷 사이에서 마우스를 낳는 데 성공했다”는 연구결과가 공개되었습니다.

The mice with two dads: scientists create eggs from male cells
https://doi.org/10.1038/d41586-023-00717-7

Mice have been born from eggs derived from male cells | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2363627-mice-have-been-born-from-eggs-derived-from-male-cells/

인간의 세포에는 46개의 염색체가 있습니다. 이 중 한 쌍은 성염색체로 되어 있고 암컷의 경우는 XX, 수컷의 경우는 XY라는 조합을 가지고 있습니다. 그리고 난자와 정자는 생성과정에서 감수분열하기 때문에 핵상은 단상이 됩니다. 즉, 난자에 포함되는 성염색체는 반드시 X, 정자에 포함되는 성염색체는 X 또는 Y가 됩니다. 즉 아이의 성별은 정자의 성염색체에 의해 결정된다는 것입니다.

수컷과 수컷에서 배아를 만드는 시도는 지금까지 연구되어 왔으며 미시간 주립대학 이스트 랜싱교의 발생생물학자인 키스 레이섬 씨는 "2018년에는 ES세포를 사용하여 2마리의 암컷 또는 2마리의 수컷 사이에서 강아지를 낳는 데 성공했고 성장하고 번식력도 있었지만 수컷 사이에서 태어난 강아지는 불과 며칠밖에 살 수 없었다”고 전했습니다.

2020년 오사카대학 대학원 의학계 연구과에서 게놈생물학을 연구하는 하야시 카츠히코 교수는 성체의 수컷 마우스에서 채취한 세포를 사용하여 난자를 만드는 프로젝트에 착수했습니다. 하야시 교수 연구팀은 수컷 마우스에서 채취한 세포를 재프로그램함으로써 iPS세포를 작성했고 이 세포의 일부가 자연적으로 Y염색체를 잃을 때까지 배양을 계속했습니다.

그 후 염색체의 불안정화를 촉진하는 리버신이라는 화합물로 처리해 성염색체가 XX가 된 iPS 세포를 찾아낸 후 난자를 형성하는데 필요한 유전자 시그널을 가했습니다. 이렇게 형성된 난자를 마우스의 정자로 수정시키고 그 배아를 암컷 마우스의 자궁에 이식했다고 합니다.

이식한 630개의 배아 가운데 7개만 성장했지만 성체가 되어 생식능력을 가지고 있었다고 보고했습니다. 향후 이 실험에서 얻어진 새끼 마우스를 주의 깊게 관찰하고 종래의 방법으로 태어난 개체와 다른 점이 없는지를 조사할 필요가 있다고 합니다.

특히 유전자의 활동에 영향을 미치는 DNA의 후성적 화학장식이 수컷 세포 유래의 난자에 얼마나 계승되고 있는지도 향후 연구에 기대되는 포인트라고 합니다. 후성유전자는 개체발생이나 세포분화 과정 등 중요한 생명현상에서 필수적인 메커니즘이기 때문에 후성유전자의 변화가 어떠한 이상으로 이어질 수 있을 것으로 생각됩니다.

하야시 교수는 마우스와 인간 사이에는 큰 차이가 있으며 이번 연구와 같은 방법을 인간 세포에 사용할 수 없을 가능성도 있다고 말합니다. 공동연구자로 교토대학의 발생생물학자인 사이토 츠츠키 씨는 이 연구방법으로 인간의 세포로부터 난자를 만들려고 하면 배양에 상당한 시간이 걸려 버릴 가능성이 있어 유전적인 이상이나 후성유전의 변화도 축적되어 버린다고 지적했습니다.

일본생명윤리학회의 멤버로 홋카이도대학안전보건본부의 이시이 테츠야 교수는 “하야시 교수의 연구는 인간의 생식을 새로운 영역으로 이끌 수 있고 이 연구가 인간에 적용되면 남성커플이 대리모의 협력하에 친자를 가질 수 있게 될지도 모른다"고 전망했습니다.

북극권에 있는 4만 8500년 전의 영구동토에서 바이러스를 분리하고 소생하는 ​​데 성공했다고 프랑스·러시아·독일의 연구팀이 발표했습니다. 얼음 아래에서 총 13종류의 신종 바이러스를 발견한 과학자들은 “기후변화의 진행에 따라 얼음이 녹는다면 인류가 미지의 병원체와 접촉할 기회는 더욱 늘어날 것”이라고 경종을 울렸습니다.

Viruses | Free Full-Text | An Update on Eukaryotic Viruses Revived from Ancient Permafrost
https://doi.org/10.3390/v15020564

Scientists revive ‘zombie’ virus that was trapped for 48,500 years in the Arctic’s permafrost | Euronews
https://www.euronews.com/next/2023/03/09/scientists-revive-zombie-virus-that-was-trapped-for-48500-years-in-the-arctics-permafrost

Viruses in permafrost: Scientists have revived a 'zombie' virus that spent 48,500 years frozen | CNN
https://edition.cnn.com/2023/03/08/world/permafrost-virus-risk-climate-scn

북반구의 4분의 1을 차지하는 영구동토는 최근 지구 온난화의 영향으로 급속히 감소하고 있으며 이로 인해 얼음 아래에서 크게 나누어 2개의 위협이 나타나는 것이 우려되고 있습니다. 첫 번째는 영구동토에 갇혀 있던 유기물이 분해되어 방대한 이산화탄소와 메탄가스를 방출로 기후변화가 더욱 가속화되는 것입니다. 그리고 두 번째는 얼음에 얼어 있던 태고의 바이러스와 박테리아가 부활하는 것입니다.

프랑스에 있는 엑스 마르세유 대학의 장 미셸 크라브리 씨와 샹탈 아베르젤 연구팀은 2014년에도 3만 년 전 영구동토에서 고대의 거대 바이러스 '피소바이러스(Pithovirus)'를 부활시키는 데 성공했고 2015년에도 ‘몰리바이러스(Mollivirus)’라는 또 다른 거대 바이러스를 영구동토에서 발견했습니다.

고대 바이러스에 관한 연구를 계속해 온 크라브리 씨 연구팀은 2023년 2월에 학술지 'Virus'에 시베리아에 있는 영구동토 7곳에서 채취한 샘플로부터 연구팀이 '좀비 바이러스'라는 신종의 바이러스를 다수 발견했다고 보고했습니다.

이번에 발견된 13종의 새로운 바이러스 중 7종은 판도라 바이러스 속으로 가장 오래된 것은 영구동토의 심부에서 4만 8500년 동안 얼어 있던 판도라 바이러스 예도마(Pandoravirusyedoma)입니다. 아메바에 기생하는 이 바이러스가 영구동토에서 부활한 후에도 감염력을 유지하고 있었기 때문에 연구팀은 아칸트 아메바에 감염되는 대형 DNA 바이러스가 영구동토의 심부에서 4만 8500년 이상 보낸 후에도 감염력을 유지할 수 있다는 것을 확인했다고 합니다.

연구팀은 판도라바이러스 외에 Cedratvirus, Megavirus, Pacmanvirus, Pithovirus 등 합계 5개의 계통군에 속하는 바이러스를 발견했으며 2만 7000년 전의 맘모스의 털에서 발견된 피소바이러스는 이전의 것과는 다른 신종이었다고 합니다.

연구팀은 안전을 위해 단세포 생물인 아메바에 감염되는 바이러스만을 선택적으로 부활시켰습니다. 크라브리 씨는 해외 미디어 CNN과의 인터뷰에서 “이번에 발견된 아메바에 감염되는 바이러스는 영구동토에 숨어 있는 바이러스 전체로 치면 빙산의 일각이라고 생각됩니다. 우리는 논문에서 발표한 것 이외에 심지어 많은 바이러스의 흔적을 발견했습니다. 이 바이러스가 아직 살아 있는지 여부는 확인되지 않았지만 아메바 바이러스가 살아있었으므로 다른 바이러스도 여전히 살아 있고 감염능력을 가지고 있을 것이라고 본다”고 말했습니다.

얼음 아래 자고 있던 병원체가 현대 생물을 위협하는 사례는 이미 보고되었습니다. 예를 들어, 2016년에는 녹은 영구동토에 존재하고 있었던 것으로 보이는 탄저병의 포자에 의해 적어도 20명이 탄저증으로 진단되었고 순록 2350마리가 죽는 사태가 시베리아에서 발생했습니다.

연구팀은 논문에서 이번에 발견된 바이러스가 어느 기간 동안 감염력을 유지할 수 있는지 여부와 적절한 숙주와 접촉하여 감염할 가능성이 어느 정도는 아직 모르지만 영구동토 융해가 가속화되고 산업발전의 영향으로 북극권에 사는 사람이 늘어나 지구온난화가 진행되고 있는 상황에서 위험은 점점 높아질 것이라고 우려했습니다.

생명의 재료가 되는 아미노산이 '왼손형' 분자뿐인 이유가 우주공간의 원편광의 작용에 의한 것이라고 시사하는 새로운 연구결과가 얻어졌다.

생명의 재료로서 중요한 아미노산은 분자의 중심에 있는 탄소원자에 아미노기, 카르복시기, 수소, 나아가 하나의 측쇄(-R)라는 4개의 관능기가 결합한 정사면체와 같은 구조로 되어 있다. 그 때문에 -R의 부분에도 수소가 결합하고 있는 글리신은 예외이고 그 이외의 아미노산에는 모두 4개의 결합의 방법에 '왼손형(L형)'과 '오른손형(D형)' 2가지가 존재한다. L형과 D형의 분자는 서로 경상관계(경상이성체)로 되어 있다. 아미노산과 같이 좌우의 구별이 있는 분자를 '키랄분자'라고 한다.

실험실에서 아미노산을 합성하면 L형, D형을 같은 비율로 할 수 있다. 그런데 생물의 신체를 만드는 아미노산은 99%가 L형이다. 이와 같이 한쪽의 경상이성체만이 많이 존재하는 상태를 '호모킬러리티(homochirality)'라고 부르는데 생체 속의 유기분자에 왜 호모키랄리티가 보이는지는 100년 이상에 걸쳐 수수께끼다.

그래서 생명의 기원과도 관련하여 생체분자의 호모킬러리티는 우주에서 생겼다는 가설이 제창되었다. 그 간접적인 증거로서 운석에 포함된 아미노산에도 경상이성체의 편향이 보인다는 것이 알려졌다.

쓰쿠바대학 계산과학연구센터의 호리 유타 씨의 연구팀은 우주공간에서 처음으로 검출된 키랄분자인 산화 프로필렌에 주목하여 우주공간에서 산화 프로필렌에 호모킬러리티가 발생하는지 양자화학 계산으로 조사하였다.

호리 씨 연구팀은 우주에서 호모키랄리티가 태어나는 방아쇠로서 수소원자가 방출하는 '라이만 α선'이라는 자외선을 생각했다. 라이만 α선에 '원편광'이라고 하는 성질(전자파의 진동면의 편향)이 있으면 이 빛을 흡수한 물질에서는 한쪽의 경상이성체만이 많이 분해될 것으로 예상한 것이다. 실제로 별 형성영역 중에서 원편광은 널리 보인다는 것을 알려져 있다.

연구 결과, 산화 프로필렌이나 그 전구체의 분자에서는 원편광한 라이만 α선을 한쪽의 경상이성체만이 잘 흡수하는 성질을 갖는 것이 밝혀졌다. 산화 프로필렌과 같은 키랄분자인 아미노산에서도 원편광에 의해 호모킬러리티가 생길 가능성을 시사하는 결과다.

원편광된 빛에 의해 D형의 아미노산이 잘 분해되어 L형이 과잉이 된다. 성간물질에서는 L형의 과잉률은 1~2%로 생각된다. 운석 중의 아미노산에서는 L형의 과잉률은 10~20%인 것이 알려져 있다. 원시 지구에서 생체의 근원이 된 아미노산은 거의 100%가 L형이다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 左手型アミノ酸の偏りを生む宇宙の光
https://www.astroarts.co.jp/article/hl/a/12673_homochirality

지금부터 30년 전에 지구에 낙하한 운석 속에 지구외의 미지의 단백질이 발견되었다는 연구논문이 이번에 공개되었습니다.

미국 매사추세츠주 폴리버에 있는 플렉스사의 연구그룹이 1990년 알제리에 낙하한 운석 'Acfer 086'을 분석했습니다. 이 그룹의 논문에 따르면 고정밀 질량분석으로 알려지지 않은 단백질의 존재가 밝혀졌다는 것입니다.

'hemolithin'이라고 불리는 이 단백질은 철이나 산소, 리튬원자와 함께 아미노산 글리신과 히드록시글리신이 사슬형태로 연결되어 있다고 논문에서 밝혔습니다. hemolithin에는 수소의 무거운 동위원소인 중수소가 풍부하게 포함되어 있습니다. 중수소의 특징은 하나의 양성자뿐만 아니라 하나의 중성자도 원자핵의 구성요소가 된다는 것으로 일반 수소원자의 핵은 하나의 양성자로 이루어지며 중성자는 존재하지 않습니다.

지구에서 생성되는 아미노산에는 이와 같이 대량의 중수소가 포함되어 있지 않기 때문에 분석결과는 이 단백질이 원시 태양계 원반이라고 불리는 분자구름을 기원으로 한다는 점을 나타내고 있다고 연구그룹은 보고하며 "이 연구결과는 지구외 유래의 단백질을 사상 처음으로 보고하는 것”이라고 덧붙였습니다.

참고로 hemolithin이 지구외 생명체의 존재의 증거라고 연구그룹은 주장하지 않으나 이 발견이 확실하다면 우주생물학자들이 매우 큰 관심을 가질 것입니다. 지구의 생물이 이용하는 매우 복잡한 화학적 구조가 심우주에서도 자연스럽게 생성된다는 것을 이 발견은 나타내고 있고 단백질은 생명체를 위한 다양한 역할을 하는 세포의 중요한 성분입니다. 생화학계가 발생해 움직이기 시작하는 것은 기적적인 현상이 아닐지도 모르고 생명이 우주 전반에 존재하고 있을 가능성도 생각할 수 있습니다.

지구 밖에서 복잡한 화학구조가 발생하고 있다는 증거가 계속 발견되고 있고 예를 들어 토성의 거대한 위성인 타이탄의 두꺼운 대기 중에서는 대형 유기분자가 소용돌이치며 아미노산(단백질의 구성요소)이 운석이나 혜성의 먼지로부터 검출되고 있습니다.

그러나 이러한 추측은 예비적인 것으로 본 논문은 아직 검토가 끝나지 않았습니다. "이 보고서에는 별로 감탄하지 않는다"고 캘리포니아대학 샌디에고교 스크립스 해양연구소의 해양화학 명예교수이자 특별교수이기도 한 제프리 버다 씨는 평가했습니다.

“중요한 문제는 내가 아는 한 운석 내부나 전생물 실험에서 검출된 것으로 보고된 적이 없는 히드록시글리신이 존재했다는 점입니다. 그 어떤 단백질에서도 발견했다는 보고를 보지 못했다"며 "그러므로 이러한 아미노산을 운석 중에 발견했다는 것은 이상한 이야기로 분석결과는 매우 의심스럽다"고 보았습니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 隕石内部から史上初の『地球外タンパク質』を発見か、しかも変わった構造
https://vaience.com/space/20200308-first-known-extraterrestrial-protein-possibly-spotted-in-meteorite/

일본의 연구팀이 우주에 풍부하게 존재하는 단순한 물질을 포함하는 수용액에 감마선을 조사하여 가수분해 후에 아미노산이 생성된다는 사실을 발견했습니다. 본 연구는 소행성 내부의 얼음이 녹아 생긴 물 환경에서 방사선에 의해 아미노산의 형성이 촉진되었음을 시사하고 이러한 아미노산은 운석 등에 의해 원시 지구에 유입되었을 가능성이 있습니다.

지구상에서의 생명탄생에 대해서는 과학자들 사이에서 여전히 의견이 나뉘어져 있습니다. 유력 가설 중 하나는 생명의 원재료인 아미노산이 운석에 의해 지구로 옮겨져 왔다는 것입니다. 연구팀이 ACS Central Science에 발표한 논문에서는 초기 운석 모천체 내에서 생긴 감마선으로 인해 암모니아나 포름알데히드 등 우주에 풍부하게 존재하는 단순한 물질로부터 아미노산이 생성되었을 가능성을 실험적으로 나타냈습니다.

지구가 불모의 행성이었을 무렵 운석은 지금보다 많이 지표에 쏟아져 내렸습니다. 아미노산과 같은 유기물을 포함하는 탄소질 콘드라이트라고 불리는 운석은 생명의 탄생에 기여했을 수 있습니다. 그러나 운석에 포함된 아미노산의 기원은 분명하지 않았습니다. 지금까지의 실험은 암모니아와 포름알데히드와 같은 단순한 분자끼리가 열수 중에서 반응함으로써 아미노산 등의 분자가 형성된다는 것을 보여주었습니다. 초기 운석의 모천체에 존재하는 것으로 알려진 알루미늄 26과 같은 방사성 원소는 붕괴시 고에너지 방사선인 감마선을 방출합니다. 이 방사선이 생체분자를 만드는데 직접 관여했을 가능성이 있다고 보고 연구팀은 감마선 조사실험을 실시했습니다.

본 실험에서는 암모니아, 포름알데히드, 메탄올의 수용액을 유리관에 봉입한 후 코발트 60의 붕괴로 생기는 감마선을 조사하였습니다. 그 결과 감마선을 조사한 용액에서는 알라닌, 글리신, α-아미노부티르산, 글루탐산 등의 α-아미노산이나 β-알라닌, β-아미노부티르산 등의 β-아미노산이 형성되는 것을 알 수 있었습니다. 또한 감마선의 총 조사선량이 증가함에 따라 알라닌과 β-알라닌의 생성량이 증가하는 것으로 나타났습니다. 이러한 결과와 운석 중 알루미늄 26의 붕괴로부터 예상되는 감마선량으로부터 현재 운석에 포함된 아미노산의 양에 대해 충분한 양의 아미노산이 감마선에 의해 형성된다고 추정할 수 있습니다. 이 연구는 운석의 모천체인 소행성 내부에서 감마선의 작용에 의해 암모니아와 포름알데히드와 같은 간단한 분자로부터 아미노산이 생성된다는 것을 시사하고 이러한 방식으로 형성된 아미노산이 운석에 의해 지구로 전달되면서 생명의 기원에 기여했을 수 있습니다.

앞으로는 아미노산뿐만 아니라 당과 핵염기의 형성에 대한 감마선의 효과에 대해서도 연구를 실시해 감마선으로 주요한 생체분자의 원재료가 되는 물질을 소행성 내부에서 형성하는 것을 목표로 할 예정이라고 합니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 隕石とガンマ線が地球に生命の素を与えた可能性
https://www.kobe-u.ac.jp/research_at_kobe/NEWS/news/2022_12_08_02.html

미국 에너지부가 새로운 코로나바이러스는 연구소에서 유출된 것일 가능성이 가장 크다고 판단한 사실이 The Wall Street Journal의 2023년 2월 26일 보도로 밝혀졌습니다.

A Lab Leak in China Most Likely Origin of Covid Pandemic, Energy Department Says - WSJ
https://www.wsj.com/amp/articles/covid-origin-china-lab-leak-807b7b0a

Covid-19: US Energy Department assesses virus likely resulted from lab leak, furthering US intel divide | CNN Politics
https://edition.cnn.com/2023/02/26/politics/covid-lab-leak-wuhan-china-intelligence/index.html

The Wall Street Journal에 정보를 제공한 2명의 관계자에 따르면, 에너지부는 신종 코로나바이러스가 중국의 우한 바이러스 연구소에서 유출한 것으로 보는 '연구소 유출설'을 지지하는 리포트를 미국 의회의 정보위원회에 제출했다는 것. 미 정부기관은 정보의 정밀도를 '저・중・고'라는 3단계로 평가하고 있는데 에너지부는 이번 견해를 '저신뢰도'로 평가했습니다.

The Wall Street Journal은 “에너지부는 상당한 전문 지식을 가지고 있고 미 국립연구소의 네트워크를 감독하는 입장에 있으며 첨단 생물학적 연구를 실시하고 있는 연구소도 포함되어 있는 점 등 새로운 정보에서 파생된 이 결론은 중요한 것”이라고 지적했습니다.

신종 코로나바이러스의 기원에 대해서는 크게 나누어 '연구소 유출설'과 '자연감염설'이라는 2개의 설이 대립하고 있고 전문가의 사이에서도 결론이 나뉘어져 있습니다. FBI는 2021년에 바이러스가 중국의 연구소 사고로 확산되었을 가능성이 높다고 '중신뢰도'로 보고했으며 이 설을 채용하고 있는 미 정부기관은 에너지부가 두 번째가 되었습니다.

한편 중장기적인 전략분석을 담당하는 국가정보회의와 4개 기관에서는 바이러스의 기원을 자연감염으로 하는 설이 '저신뢰도'로 채용되고 있으며 중앙정보국(CIA)을 포함한 기관은 판단을 보류하고 있다고 에너지부의 기밀문서를 열람한 관계자들은 말했습니다. 관계자는 어느 정부기관도 신형 코로나바이러스 감염증은 중국의 생물무기계획의 산물이 아니라는 견해에서 일치하고 있으며 이번 보고서에서도 이 점이 재확인되었다고 전했습니다.

에너지부의 정보국은 국가정보장관실 산하에 있는 18개 정부기관 중 하나로 이 중 8개 기관이 지금까지 신종 코로나바이러스 감염의 기원에 관한 조사를 실시하고 있습니다.

미 정부 고위 관계자는 보도에 대해 에너지성이 판단을 바꾸는 근거로 한 새로운 정보에 대해 밝히는 것은 피했고 "에너지부와 FBI는 모두 각각 다른 이유로 이 결론에 이르렀다”라며 이번에 에너지부가 작성한 보고서의 비기밀판이 공개되는지에 대해서는 언급하지 않았습니다.

지구상의 생명의 기원은 유기물의 반응에 의해 생명이 탄생했다는 화학진화설이 일반적인 가설인데 일부 과학자는 생명의 기원은 우주로부터 지구에 도래했다는 판스페르미아설을 주창하고 있습니다. 판스페르미아설과 같이 생물이 우주공간을 이동하여 다른 천체로 옮겨 살 수 있는가에 대해 설명하는 애니메이션을 영국의 오픈대학 등이 공동으로 작성하여 YouTube에서 공개했습니다.

Are we thinking about alien life all wrong? | BBC Ideas - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=KbRObyIqv1U

우주에 존재하는 외계생명체의 탐색은 현대의 가장 흥미로운 연구 중 하나로 여겨지고 있습니다. 인터넷에서는 우주인이 지구에 도착하여 지구의 고대문명을 방문했었을 것으로 추측하는 수많은 동영상이 있습니다. 우주인의 방문과 지식이 없으면 마야문명의 신전이나 피라미드 등 고대의 거대 건축물을 건조할 수 없었을 것으로 생각하는 사람도 있으나 전혀 증거가 없습니다.

우주인이 과거의 지구에 왔다고 하는 주장에는 신빙성이 없지만 생명체가 우주공간을 이동해 다른 천체로 이동할 수 있다는 '팬스펠미어설'은 과학자들에 의해 진지하게 논의되고 있습니다. 지금까지 매사추세츠공과대학과 하버드대학 연구팀이 “다른 천체에서 탄생한 생명체가 어떠한 방법으로 화성에 날아왔다”는 가설을 발표했습니다.

지구상의 고세균이나 박테리아 등의 미생물은 수백만 년에 걸친 진화의 결과로 본래 생물에게 유독한 황이나 암모니아, 망간 등을 먹이로 하거나 산소의 유무에 관계없이 생존하는 등 다양한 환경에 적응하는 진화를 이루었습니다. 예를 들어 Pyrococcus furiosus와 Pyrococcus furiosus와 같은 미생물은 열수 분출구와 같은 극한의 환경에서도 살아남을 수 있습니다.

그 때문에 이러한 극한 환경에 서식하는 생물은 다른 행성이나 달 등의 가혹한 환경으로 지구에서 이동해도 살아남을 수 있고 서식 수를 확대할 가능성이 보입니다.

지구상에 존재하는 극한 환경 생물이 다른 천체로 이동하는 수단으로 가장 쉬운 방법은 인간의 우주 탐색활동에 동행하는 것입니다. 2007년에는 NASA의 우주선 세척작업 중에 Tersicoccus phoenicis라는 미생물이 발견되었습니다. 이때부터 우주선을 통해 달과 화성 등에 지구의 미생물이 반입되어 버렸을 가능성이 지적되었습니다.

또 다른 미생물이 이동하는 방법으로는 운석에 부착해 다른 천체로 이동하는 방식도 생각할 수 있습니다. 운석이 행성에 충돌하면 암석과 파편이 우주공간으로 방출되어 이것들이 운석이 되어 다른 천체에 쏟아집니다. 지금까지 313개의 화성의 운석이 지구에서 발견되었으며 달에서도 지구에서 날아온 암석이 발견되었습니다. 따라서 지구의 미생물이 다른 천체로 이동하는 것처럼 다른 천체의 생물이 지구에 도달하여 생명 탄생의 기초가 되었을 가능성이 생각되고 있습니다.

미생물이 우주를 이동할 때의 장애가 되는 것은 우주공간을 날아다니는 방사선입니다. 방사선은 생물체에 유해한 물질이지만 Deinococcus-Thermus와 같은 일부 박테리아는 강한 방사선 내성을 가지고 있으며 우주공간에서 최대 6년간 살아남았다는 연구결과도 있습니다.

또 다른 문제는 운석으로 이동하는 데 매우 오랜 시간이 걸리는 것입니다. 그러나 2020년에 일본 연구자들은 해저에서 1억 년에 걸쳐 휴면했던 박테리아를 깨우는 데 성공했다고 보고했습니다.

확실히 운석을 타고 미생물이 우주공간을 살아있는 채로 이동하고 행성에 충돌할 때의 충격에도 견디기는 어렵습니다. 그러나 운석의 균열 같은 장소에 서식하고 있으면 가능성은 있다는 것.

액체의 물이나 대기가 있던 38억 년 전의 화성의 환경은 현재 지구의 환경에 매우 가깝기 때문에 지구로부터 날아와 살아남은 생명이 화성의 지하에 존재할 가능성이 있습니다.

지구에 존재하는 생물은 태양계 내에서 탄생한 것이 아니라 태양계 밖에서 날아왔을 가능성도 생각되고 있으며 2021년에 발사된 제임스웹 우주망원경이 심우주에서 생명체의 흔적을 탐구하고 있습니다. 향후 제임스웹 우주망원경의 발견에 따라서는 지구의 생명기원에 대해 정설인 과학진화설이 뒤집힐지도 모릅니다.

야생화된 돼지는 작물을 망치거나 감염을 퍼뜨리는 등의 문제를 일으키는 것으로 알려져 있는데 가축의 돼지와 멧돼지를 교배시킨 거대하고 지능이 높은 '슈퍼돼지'가 캐나다에서 번식해 각지에 피해를 미치고 있다고 합니다.

‘Incredibly intelligent, highly elusive’: US faces new threat from Canadian ‘super pig’ | US news | The Guardian
https://www.theguardian.com/us-news/2023/feb/20/us-threat-canada-super-pig-boar

주로 캐나다에 서식하는 슈퍼돼지는 눈 밑에 터널을 파고 추운 기후를 살아남을 수 있는 개체군이며 믿을 수 없을 정도로 영리하고 매우 잡기 어려운 거대한 짐승으로 알려져 있습니다. 특히 문제시되고 있는 것이 1980년대에 농가가 멧돼지와 가축의 돼지를 교배해 만든 슈퍼돼지로 이 교배는 몸이 크고 고기의 생산량도 많아 사냥보호구에서 쏘기 쉬운 돼지를 만드는 것을 목적으로 한 것이었는데 일부 개체가 사육환경에서 도망쳐 번식한 결과 캐나다 전토에 퍼졌습니다.

슈퍼돼지는 큰 개체는 300kg 이상으로 큰 몸과 지면에 구멍을 파는 능력을 살려 -50도나 되는 캐나다의 겨울을 극복하고 있다고 합니다. 사냥꾼이 포획을 시도하고 있지만 슈퍼돼지는 인간의 행동을 감지하면 야간에 활동하기 때문에 찾기가 매우 어렵다고 합니다.

슈퍼돼지뿐만 아니라 야생돼지는 인간에게 위협을 일으키는 존재로 인지되고 있으며 특히 미국에서는 약 600만 마리의 야생돼지가 매년 15억 달러(약 2조 원)의 손해를 입히고 있다고 합니다. 긴 송곳니를 가진 수컷은 새끼 야생동물을 덮치거나 새의 둥지를 망가트려 생태계에 해를 가하는 것 외에도 가축이나 농작물을 먹거나 나무를 파괴하고 물을 오염시켜 인간에게도 직접적으로 피해를 미칩니다.

또 돼지가 매개하는 아프리카 돼지열병 등이 가축에 해를 끼칠 가능성도 우려되고 있기 때문에 각지에서 야생돼지의 시급한 구제가 요구되고 있다고 합니다. 미 농무성의 전국 야생돼지 피해관리 프로그램에 소속된 마이클 말로우 씨는 지난 10년간 7개 주에서 야생돼지를 박멸하는 데 성공했다고 했지만 야생돼지를 완전히 제거하는 것은 가망이 없다고 보았습니다.

야생돼지를 제거하기 위해 미국과 캐나다의 과학자들은 큰 덫을 만들거나 독살하는 시도를 하고 있습니다. 성공한 방법 중 하나는 'GPS'를 돼지에 부착하는 방법으로 포획한 1마리의 돼지에 GPS를 달고 야생에 방사해 무리를 찾아냅니다.

구제를 위해 수많은 활동이 이루어지고 있지만, 야생돼지를 전멸시키는 것은 더 이상 불가능하다고 보는 전문가도 있습니다. 서스캐처원 대학에서 캐나다의 돼지연구 프로젝트를 이끌고 있는 라이언 브룩 씨는 “아마도 2010년부터 2012년 말까지 야생돼지를 찾아서 제거할 가능성이 나름 있었지만 현재는 광범위하게 서식하고 있고 개체 수도 많아져 근절이 가능하다는 희망은 무너졌다"고 설명했습니다.

인간의 몸은 약 60조 개의 세포로 구성되어 있다고 합니다. 이 세포들이 어떻게 기능하고 어떻게 생명활동을 하는지에 대한 기본적인 지식을 과학 YouTube 채널 Kurzgesagt가 설명했습니다.

You Are an Impossible Machine - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=TYPFenJQciw

세포는 이른바 수십조 개의 모래로 가득 채워진 방에 수박이나 포도 등의 과일이 수만 개 떠 있는 구도로 되어 있습니다. 물론 모래와 과일은 어디까지나 비유로 실제 세포는 눈에 보이지 않을 정도로 작은 단백질과 당분자로 구성되어 있습니다. 세포를 구성하는 대부분이 단백질인데 인체에서 생명활동의 기본입니다.

단백질은 아미노산이라는 물질이 연결된 형태로 이루어져 있습니다. 아미노산이란 카르복시기와 아미노기를 가지는 유기화합물의 총칭으로 그 중 일부가 단백질의 재료가 됩니다. 특히 단백질의 재료가 되는 아미노산은 α-아미노산으로 불리며 21종류 존재합니다. 아미노산의 카르복시기와 아미노기가 탈수결합(펩티드 결합)함으로써 마치 아미노산으로 만든 끈처럼 연결되어 갑니다.

생명활동에 있어서 아미노산은 알파벳이고 단백질은 단어와 같다고 할 수 있습니다. 그리고 여러 단백질이 하나의 생명활동을 수행합니다. 이 여러 단백질의 연쇄에 의해 수행되는 생명활동은 '패스웨이'라고 불리며 비유하자면 문장에 해당합니다. 인간의 경우 하나의 정리된 문장을 구성하는 단어 수가 8000어인데 단백질에 의한 생명언어는 2만어 정도에 상당합니다. 영어의 경우 한 단어가 평균 약 5자이지만 단백질의 경우 약 375분자의 아미노산으로 구성되어 있습니다.

단백질의 설계도는 인간세포에 있는 디옥시리보 핵산(DNA)에 기록되어 있습니다. 한 세포에 포함된 DNA를 모두 늘리면 무려 전체 길이 약 2m. 인체 하나에 포함된 DNA 모두를 연결하면 지구와 태양 사이의 거리 약 1억 5000만 km의 20배에 해당한다고 합니다.

DNA는 뉴클레오타이드라 불리는 물질이 연결된 끈이 2중 나선을 그리는 구조로 되어 있습니다. 뉴클레오타이드에는 아데닌, 구아닌, 시토신, 티민 4종류가 있는데 이 뉴클레오타이드의 배열이 단백질의 설계도가 되고 있습니다.

대략적인 흐름으로는 DNA로부터 리보 핵산(RNA)으로 전사가 이루어져 전령 RNA(mRNA)가 합성됩니다. 그 mRNA로부터 불필요한 정보를 잘라낸 것을 리보솜이라고 불리는 기관이 읽어내 전이 RNA(tRNA)에 의해 뉴클레오타이드의 서열에 대응한 아미노산이 운반되어 단백질이 만들어지는 원리입니다. 이것은 생명에 있어서 가장 중요한 기간시스템이며 'Central dogma'라고 불립니다. 아미노산이 문자, 단백질이 언어, 패스웨이가 문장이라면 DNA는 문법이며 세포가 화자에 해당합니다.

Central dogma에 의해 연결된 아미노산은 접혀 입체구조를 획득합니다. 단백질이 생명활동에 중요한 것이 이 입체구조로 여러 단백질이 있고 입체구조가 대응하는 경우가 있습니다. 이것이 물리적으로 맞물리면 새로운 기능을 얻을 수 있습니다.

또한 단백질의 설계도인 DNA는 히스톤이라고 불리는 단백질을 접어 감는 구조를 가지고 있습니다. 히스톤 덕분에 DNA는 작게 접혀 염색체라고 불리는 생체물질 단위가 됩니다.

세포에는 이 염색체가 여러 개 포함되어 있습니다. 인간의 경우 보통 46개의 염색체가 세포핵 내에 존재합니다.

그리고 세포는 역할에 따라 분화하고 모여 조직을 형성합니다. 또 조직이 집합해 우리 몸이 존재하는 것입니다.

바다의 영리한 사냥꾼으로 알려진 범고래의 어미는 새끼가 성체가 되어도 계속 부양하는 것으로 밝혀졌습니다. 미래의 자손번영에 영향을 미치는데도 범고래의 어미가 새끼를 돌보는 이유는 비용 대비 효과가 뛰어나기 때문인 것으로 추정되고 있습니다.

Costly lifetime maternal investment in killer whales: Current Biology
https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.12.057

Killer whale moms forgo future offspring for | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/978564

Orca males are burnouts who let their moms do all the hunting, surprising study finds | Live Science
https://www.livescience.com/orca-males-are-burnouts-who-let-their-moms-do-all-the-hunting-surprising-study-finds

영국 엑서터 대학의 마이클 와이스 씨 연구팀은 미국 워싱턴주와 캐나다의 브리티시컬럼비아주에 서식하는 73마리의 범고래 무리를 연구했습니다. 이 무리는 1976년부터 미 고래연구센터에 의해 모니터링된 덕에 상세한 범고래 데이터를 얻을 수 있었습니다.

와이스 씨 연구팀은 범고래 새끼들은 기본적으로 평생 어미 옆에서 떠나지 않을 뿐만 아니라 특히 수컷 범고래는 어미와 강하게 연결되어 어미를 계속 쫓는다는 점을 발견했습니다.

또 와이스 씨에 의하면 수컷의 범고래는 성체가 되어도 어미가 사냥한 먹이를 먹는 한편 암컷 범고래는 통상 6세부터 10세 사이에 어미가 취한 먹이를 먹지 않게 된다는 것.

이 연구에서 와이스 씨는 “수컷 범고래는 암컷보다 상당히 크기 때문에 더 많은 칼로리가 필요하고 기동성이 낮아 물고기를 잡을 수 없기 때문에 어미는 암컷 새끼가 아닌 수컷 새끼를 우대하고 있다고 생각된다"고 설명했습니다.

또 와이스 씨는 “만약 암컷 새끼에게도 먹이를 계속 공급한다면 암컷 새끼가 번식했을 때 치열한 먹이경쟁에 시달릴 위험이 있습니다. 한편 수컷 새끼가 번식하면 그 새끼들은 다른 암컷으로부터 먹이를 얻을 수 있으므로 비용 대비 효과가 우수하다”고 보았습니다.

그러나 성체가 된 새끼를 돌보는 것을 계속하면 장기적으로 어미에게 손실을 줄 것으로 생각됩니다. 연구팀의 분석은 성체가 된 새끼를 돌보는 행위와 암컷이 출산할 확률 사이에 강한 음의 상관관계가 있음을 밝혀냈습니다.

와이스 씨에 의하면 생존하고 있는 새끼가 있으면 그 해에 어미가 새로운 새끼를 낳을 확률이 약 50% 이상 저하한다며 “새끼를 계속 돌보면 임신에 필요한 식량자원이 줄어들어 더욱 번식할 가능성이 떨어진다”고 말했습니다.

그럼에도 새끼를 돌보는 이점은 새끼가 번식에 성공하면 유전자를 다음 세대로 전달할 수 있기 때문이라고 생각됩니다. 와이스 씨 연구팀의 발견은 번식률이 낮고 멸종 위기에 처한 고래 등의 보호에 중요한 의미를 가진 것으로 평가되고 있으며 동물의 사회체계가 개체 수의 증감을 결정하는데 중요하고 멸종위기종의 사회체계를 이해하고 효과적으로 보호할 필요성을 보여줍니다.

인간의 체내에서는 세균에 감염했을 때에 증식을 억제하기 위해서 '영양면역'이라는 방어책을 취하고 있는데 이 영양면역에 사용되는 중요한 요소로서 철이 있습니다. 철은 생물에 필수적이며 유해한 원소인데 그런 철에 대해서 창약과학자인 데렉 로우 씨가 설명했습니다.

The War for Iron | Science | AAAS
https://www.science.org/content/blog-post/war-iron

철은 생명활동에 중요한 효소에 필수적인 원소이지만 생물학적으로 가능한 철분을 토양과 해양에서 얻는 것은 상대적으로 어렵다고 합니다. 순수한 철은 공기 중의 산소에 약하고 산화되기 쉬운 성질을 가지고 있습니다. 철(III)의 화합물은 용해도가 낮고 불용성의 산화철(III), 일반적으로 녹이라고 불리는 물질로 변화합니다.

또한 철과 산소는 유기체에 필수적인 동시에 유해한 성분입니다. 철은 활성산소를 발생시켜 세포에 유해해질 수도 있다고 합니다. 그러나 생물학적으로 철은 매우 중요한 원소이기 때문에 미생물은 시데로포어(siderophores)라는 단백질을 사용하여 활성산소로 인한 유해한 작용을 억제하는 방법을 짜냈습니다.

번식하기 위해 철이 필요한 것은 신체에 침입한 박테리아도 마찬가지여서 인간이 박테리아에 감염되면 증식을 억제하기 위해 장에서 철분의 흡수와 수송이 제한됩니다. 인간이 감염에 걸리면 박테리아가 이용 가능한 철, 아연, 망간의 양을 줄임으로써 박테리아에 대한 효과적인 방어책을 취할 수 있습니다. 이것이 로우 씨가 말하는 '영양면역'입니다.

박테리아에 감염되면 신체의 백혈구 중 하나인 대식세포는 철을 포함한 단백질의 수용체를 가진 세포외 소포를 방출하여 철을 포획합니다. 철을 포획함으로써 세균의 증식에 필요한 철을 이용할 수 없게 된다고 보고되었습니다.

지금까지의 실험에서 살모넬라균에 감염시킨 마우스의 체내에서 감염에 따라 대식세포의 소포체가 세포외 소포의 생성과 방출을 개시시키는 메커니즘이 확인되었습니다.

또한 일부 박테리아는 적혈구를 용해시켜 헤모글로빈에서 철분을 빼앗는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 메커니즘을 가진 세균이 있다는 것은 세균이 철을 이용하기 전에 그러한 세균을 포착하는 방어층이 있다는 것을 시사하고 있으며 아직 발견되지 않은 면역의 비밀이 그 밖에도 있을 것이라고 로우 씨는 보았습니다.

1만 년 전까지 거슬러 올라가 유럽인의 유전자를 해석한 연구에서 감염증의 위협으로부터 몸을 지키기 위한 유전자적인 적응과 염증성 질환이나 자가면역 질환 사이에서 관련성이 밝혀졌습니다.

Genetic adaptation to pathogens and increased risk of inflammatory disorders in post-Neolithic Europe: Cell Genomics
https://doi.org/10.1016/j.xgen.2022.100248

Using paleogenomics to elucidate 10,000 years of immune system evolution | Institut Pasteur
https://www.pasteur.fr/en/press-area/press-documents/using-paleogenomics-elucidate-10000-years-immune-system-evolution

영국의 생물학자인 J·B·S·홀덴 씨는 1950년대에 “적혈구의 이상을 일으키는 돌연변이가 아프리카에서 자주 보이는 것은 이 지역에서 매년 많은 사람의 목숨을 빼앗고 있는 감염증인 말라리아로부터 몸을 지키기 위한 것"이라고 주장했습니다. 병원체가 인류의 가장 강한 선택압 중 하나임을 보여주는 이 가설은 나중에 여러 연구로 뒷받침되었지만 감염이 대유행한 시대에서는 어땠는지, 그 영향이 현대의 염증성 질환과 자가면역 질환의 위험에 어떤 영향을 미치는지에 대해서는 많은 의문이 남아 있었습니다.

그래서 프랑스 파스퇴르 연구소의 Gaspard Kerner 씨 연구팀은 지난 1만 년 동안 유럽에 살았던 사람 2,879명의 게놈을 분석하는 연구를 실시했습니다. 이를 통해 감염에 대한 적응이 인류의 유전자에 미치는 장기적인 영향에 대해 크게 나누어 3개의 지견을 얻을 수 있었다고 합니다.

첫 번째는 1만 년 동안 유럽에서 빠르게 증가한 돌연변이가 있었다는 것입니다. 살아남아 자손을 남기는데 유리한 '양의 자연선택'에 의해 진화한 이 돌연변이는 주로 자연 면역반응에 관한 89개의 유전자 중에 존재하는데 예를 들면 ABO 혈액형 시스템을 담당하는 유전자나 항바이러스 활성을 담당하는 유전자 등이 대표적입니다.

특히 연구팀의 관심을 끌었던 것은 병원체에 대한 유전적 적응을 나타내는 이들 '양의 자연선택'의 대부분은 청동기 시대의 시작부터 약 4500년 전 즈음으로 비교적 최근에 일어났습니다. 이 변화의 가속이라고도 할 수 있는 현상은 페스트와 같은 심각한 감염증과 관련되는 강한 선택압에 의한 것으로 연구팀은 추정하고 있습니다.

두 번째 발견은 최초 발견과는 반대로 지난 10,000년 동안 특정 유전자 변이가 급감하는 '음의 자연선택'도 청동기 시대에 시작되었다는 것입니다. 이러한 불리한 돌연변이 대부분은 자연 면역반응과 관련된 유전자에 존재하고 감염 위험에 해로운 영향을 미치는 것으로 실험적으로 확인된 돌연변이었습니다.

그리고 연구팀은 마지막으로 “과거에 병원체가 끼친 자연선택으로 인해 감염증에 대한 저항력을 갖기 위한 유전자가 유리하게 된 결과 현대의 자가면역질환이나 염증성질환의 리스크가 높아졌을 것이라는 가설을 검증했습니다. 구체적으로는 결핵·간염·HIV·신종 코로나바이러스 감염증·관절 류마티스·전신성 홍반성 루푸스·염증성 장질환의 감수성을 높이는 것으로 알려진 수천 개의 돌연변이가 조사대상이 되었습니다.

분석 결과, 크론병과 같은 염증성 질환의 위험 상승과 관련된 돌연변이가 지난 10,000년 동안 빈도를 증가시켰고 반대로 감염성 발병위험과 관련된 돌연변이의 빈도는 감소했다는 것이 확인되었습니다.

연구팀을 이끈 파스퇴르 연구소인 Lluis Quintana-Murci 씨는 “이 연구결과는 신석기 시대부터 유럽인의 염증성 질환의 위험이 증가하고 감염증에 대한 저항력을 높이는 돌연변이가 양의 자연선택을 받고 있음을 보여준다”라고 설명했습니다.

신종 코로나바이러스의 위협에 휘둘리고 있는 인류처럼 바이러스는 생물의 세포에 기생해 파괴하면서 증식하는 병원체입니다. 그러나 그런 바이러스를 역으로 먹이로 삼는 생물의 발견으로 인해 초식이나 육식과 더불어 새로운 식성 카테고리인 '바이러스식'이 제창되고 있습니다.

The consumption of viruses returns energy to food chains | PNAS
https://doi.org/10.1073/pnas.2215000120

Eating viruses can power growth, reproduction of microorganism | Nebraska Today | University of Nebraska–Lincoln
https://news.unl.edu/newsrooms/today/article/eating-viruses-can-power-growth-reproduction-of-microorganism/

이번에 바이러스를 포식하는 미생물이 특정된 계기는 네브라스카 대학 링컨교의 생물학자인 존 델롱 씨가 수중에는 방대한 양의 바이러스가 있으므로 먹혀도 이상하지 않을 것이라는 추정이었습니다. 이 의문을 해결하기 위해 델롱 씨가 과거의 문헌을 살펴보니 1980년대의 연구에서 단세포 생물이 바이러스를 도입한 사례가 보고되었는데 그 이상은 파고들지 않았다고 합니다. 또 다른 연구에서는 원생생물의 일종이 수중 바이러스를 감소시키고 있다고 지적하는 수준에 머물렀습니다.

바이러스를 포식하는 생물이라는 발상이 지금까지 없었던 이유는 바이러스에 병원체나 포식자라는 이미지가 스며들고 있기 때문입니다. 바이러스학의 영역에서는 바이러스가 유일하게 병원체로 취급되는 데다가 바이러스 입자는 매우 작기 때문에 큰 생물이 우연히 입에 넣어도 그 영향은 오차밖에 없습니다. 또 박테리아에게는 용균에 의해 세포를 파괴해 죽게 하는 존재이기 때문에 미생물학자는 오랫동안 바이러스를 먹이사슬의 최상위를 차지하는 정점 포식자로 취급해 왔습니다.

그래서 델롱 씨의 연구팀은 근처 연못의 물을 채취해 담수 중의 녹조류에 감염되는 것으로 알려진 바이러스인 '클로로바이러스'를 대량으로 첨가했습니다. 그 결과 단 2일간에 클로로바이러스가 100분의 1로 감소한 반면 'Halteria'라는 섬모충의 일종이 15배나 증식했습니다.

Halteria가 실제로 바이러스를 섭취하고 있는지 조사하기 위해 연구팀이 클로로바이러스 유전자를 형광 그린으로 염색한 후 Halteria에 투여했는데 Halteria의 위장에 해당하는 액포가 녹색으로 빛났습니다. 또 Halteria에 클로로바이러스를 주지 않으면 Halteria가 전혀 성장할 수 없다는 사실도 판명되었기 때문에 Halteria가 바이러스를 먹고 번식하는 것으로 판단되었습니다.

연구팀은 Halteria 1마리가 하루에 최대 1만~100만 개의 바이러스를 먹고 있다고 추측하고 있으며 작은 연못에서는 하루에 100조~1경 개의 바이러스가 소비된다고 추정하고 있습니다.

델롱 씨는 바이러스가 탄소나 핵산, 질소, 인 등 생명에게 불가결한 물질로 구성되어 있기 때문에 영양원으로서 충분하다고 설명했습니다. 또 바이러스 입자 1개는 작아도 모든 장소에 대량으로 존재하고 있기 때문에 '바이러스식(virovory)' 생물은 '초식(herbivory)'이나 '육식(carnivory)' 등과 같이 먹이사슬에서의 영양소 순환에 중요한 역할을 할 수 있습니다.

델롱 씨는 이번 발견에 대해 “바이러스는 중요한 영양소로 구성되어 있으므로 미생물이라면 누구나 포식하고 싶을 것"이라며 자연계에서 이루어지고 있는지, 어떤 생물이 바이러스를 먹이로 삼는지 계속 조사해 나갈 예정이라고 밝혔습니다.

최근의 클론기술 발전은 눈부시고 2022년 7월에는 세계 최초로 '동결 건조된 체세포'에서 클론 마우스를 만드는 실험에 일본 연구팀이 성공했습니다. 클론기술의 발전과 함께 이미 멸종된 공룡의 클론을 만들어낼 수 있을 것이라고 기대를 품는 사람도 적지 않습니다. 그런 공룡의 부활에는 무엇이 필요한지를 캐나다의 맥마스터 대학의 Ancient DNA Centre의 소장인 헨드릭 포이너 씨가 설명했습니다.

Ask a DNA Expert: What Would It Take to Bring Back the Dinosaurs? | The Walrus
https://thewalrus.ca/bring-back-dinosaurs/

모든 생물은 DNA로 구성되어 있습니다. 동물이 죽으면 DNA가 몸의 일부에 남아 있기 때문에 과학자들은 열을 사용하여 이것을 추출합니다. 이렇게 추출한 DNA는 분할하여 여러 번 복사할 수 있습니다. 그러나 클론을 생성하려면 유전정보의 완전한 세트인 게놈이 필요합니다. 게놈은 수백만 개의 DNA 사슬로 구성되어 있기 때문에 클론을 만들기 위해서는 DNA의 정확한 배열을 결정해야 합니다.

포이너 씨는 “이런 심오하고 완전한 DNA 배열을 결정할 수 있게 되리라고는 1990년대 후반부터 2000년대 초반까지는 결코 실현 가능하다고 생각되지 않았지만 현재 DNA 시퀀서를 사용하면 30초 안에 완료된다"고 설명했습니다.

게놈의 카피를 작성할 수 있으면 개조한 염색체를 대리모의 난세포에 넣어 대리모를 임신시키는 것이 가능합니다. 예를 들어 맘모스의 게놈을 아시아코끼리에 이식함으로써 맘모스의 클론을 만들 수 있게 되는 것입니다.

1970년대부터 1980년대까지의 연구는 10만 년이 넘는 DNA가 검출한계를 초과했음을 시사했습니다. 그러나 수십 년이 지난 후의 연구에서는 70만 년 전과 100만 년 전의 말과 맘모스 화석에서 DNA를 추출하는 데 성공했습니다. DNA가 생존할 수 있는 기간은 완전히 환경에 의존하는데 5000년 전의 추운 건조한 지역에 서식했던 맘모스의 DNA는 50년 전에 온타리오 호수에 매장된 말의 DNA보다 훨씬 보존상태가 좋다고 합니다.

1993년에 영화 '쥬라기 공원'이 상영되었을 때는 공룡의 클론을 작성할 수 있다고 보지 않았다는 포이나 씨. 그러나 지금은 게놈 사본을 만드는 것은 충분히 가능한 수준까지 기술이 발전하고 있다는 것. 따라서 공룡의 살아있는 DNA를 포함한 화석이 발견될 수 있는 이상 미래의 일은 아무도 모른다고 포이나 씨는 주장했습니다.

현재도 지구에서는 기후변화 때문에 멸종위기에 처한 종이 많이 존재합니다. 따라서 기존 개체군에 다양성을 되돌리는 것은 가치 있는 일이라고 합니다. 그러나 이미 멸종해 버린 공룡과 같은 고대 종을 흥미로 부활시키는 행위에 대해서는 부정적이라며 “지금까지 살아온 모든 종의 약 99%가 멸종했기 때문에 우리는 그것을 과거에 남겨두어야 한다”고 포이나 씨는 보았습니다.

아이를 낳는 행위는 인간을 포함한 다양한 동물의 모체에게 매우 많은 에너지의 소모를 요구합니다. Proceedings of the Royal Society B(영국왕립협회 기요)에 게재된 새로운 논문에서 아프리카 대륙 남부의 사바나에 서식하는 Southern pied babbler(Turdoides bicolor / 노래꼬리치레)는 새끼를 많이 낳은 암컷일수록 인지능력이 낮은 것으로 보고되었습니다.

General cognitive performance declines with female age and is negatively related to fledging success in a wild bird | Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences
https://doi.org/10.1098/rspb.2022.1748

Female Southern Pied Babblers Seem to Get Stupider as They Have More Babies : ScienceAlert
https://www.sciencealert.com/female-southern-pied-babblers-seem-to-get-stupider-as-they-have-more-babies

노래꼬리치레는 보츠와나·나미비아·남아프리카공화국·짐바브웨 등 아프리카 대륙 남부의 사바나에 서식하는 참새목의 일종으로 무리지어 협력해 육아를 하는 습성을 가지고 있습니다. 서호주 대학의 진화생물학자 Camilla Soravia 씨의 연구팀은 그룹 내 인지능력의 변동을 조사하기 위해 인간에게 익숙한 야생의 노래꼬리치레 38마리를 대상으로 인지테스트를 실시했습니다.

이 테스트는 보상으로 먹이를 주는 세 가지 과제로 구성되었으며 각 과제는 관련성 학습, 실험의 변화에 대한 적응, 하지 않아야 하는 행동학습 등 개별항목으로 측정되었습니다. 일반적으로 하나의 태스크에서 좋은 성적을 남긴 개체는 다른 태스크에서도 성적이 좋고 general cognitive performance(GCP/일반 인지능력)이 높은 것으로 알려져 있습니다.

실험 결과, 노래꼬리치레의 일반 인지능력은 수컷과 암컷 모두에서 개체마다 차이가 보였지만 전체적으로 나이가 많은 암컷이 비교적 낮은 경향이 보였습니다. 더 많은 관련 요인을 조사한 결과에서 암컷은 나이가 많을수록 번식력이 높아지는 경향이 있었다고 연구팀은 말합니다.

아래 그림은 노래꼬리치레의 나이와 성별에 따른 인지능력의 변동을 나타낸 것으로 세로축이 인지능력의 수준, 가로축이 나이를 나타내고 있으며 검게 채워진 점이 암컷, 하얗게 채워진 점이 수컷 개체를 나타내고 있습니다. 전반적으로 암컷은 나이가 많을수록 인지능력이 낮은 경향을 알 수 있습니다.

또 1년간에 낳는 아이의 수와 인지능력의 관계를 나타낸 그림을 살펴보면 세로축이 낳은 아이의 수로 가로축이 인지능력을 나타내고 있는데 출산 수가 많은 개체일수록 인지능력이 낮은 것을 알 수 있습니다.

과학 미디어 Science Alert는 노래꼬리치레가 번식에 많은 에너지를 사용하기 때문에 암컷이 나이가 들수록 인지능력보다 번식능력에 더 많은 에너지를 할당할 것으로 추정했습니다.

연구팀은 “10년 이상에 걸친 노래꼬리치레의 번식 데이터를 분석한 결과에서 일반 인지능력이 낮은 개체일수록 연간 더 많은 새끼를 낳는 것으로 나타났습니다. 이 결과는 인지능력이 생식능력과 트레이드 오프 관계에 있음을 시사하며 자연선택이 인지능력에 어떻게 작용하는지 이해하기 위해서는 이익뿐만 아니라 그 비용도 고려할 필요가 있음을 나타낸다"고 보았습니다.

'톡소플라스마 원충(Toxoplasma gondii)'이라는 기생충에 감염된 늑대는 그렇지 않은 늑대보다 무리의 우두머리가 될 확률이 높고 무리를 떠나 떠돌이 늑대가 될 가능성도 높은 것으로 나타났습니다.

Parasitic infection increases risk-taking in a social, intermediate host carnivore | Communications Biology
https://doi.org/10.1038/s42003-022-04122-0

Parasite gives wolves what it takes to be pack leaders
https://doi.org/10.1038/d41586-022-03836-9

고양이과의 동물을 종숙주로 삼는 톡소플라스마는 중간 숙주가 된 쥐를 대담하게 만들고 고양이에 대한 공포심을 잃게 하여 고양이에게 먹힐 가능성을 높이는 생태가 있습니다. 그러나 톡소플라스마가 자연환경에 사는 야생동물에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.

그래서 몬타나 대학의 야생생물 생태학자인 코너 마이어 씨의 연구팀은 옐로스톤 국립공원에 서식하는 늑대의 행동을 분석하는 연구를 실시했습니다. 연구팀이 옐로스톤 국립공원의 늑대에 주목한 이유는 이 지역에는 고양이과의 대형 육식동물인 퓨마도 서식하고 있어 늑대가 퓨마의 먹이를 가로채거나 퓨마나 퓨마의 배설물을 먹어 톡소플라스마에 감염될 가능성이 있기 때문입니다.

연구팀이 229마리의 늑대로부터 총 256개의 혈액샘플을 채취하여 조사한 결과에서 톡소플라스마 감염률은 27.1%였습니다. 검사된 늑대의 내역은 수컷이 116마리, 암컷이 112마리, 양성구유가 1마리로 수컷의 감염률이 25%였는데 비해 암컷은 31.25%로 약간 높았지만 유의한 차이가 아니었습니다.

그리고 이 늑대들을 추적한 결과 감염된 늑대는 감염되지 않은 늑대에 비해 무리를 버리고 새로운 무리를 만들 확률이 11배 높았고 무리의 우두머리가 될 확률이 46배 높다는 것을 알 수 있었습니다.

인간이 톡소플라스마에 감염되면 테스토스테론이나 도파민과 같은 호르몬의 분비량이 증가하여 성적인 매력이 증가하거나 행동이나 성격이 변화하는 것을 알고 있기 때문에 비슷한 변화가 톡소플라스마에 감염된 늑대에도 일어났을 가능성이 있습니다.

메이어 씨는 “우리는 이 결과를 보고 놀라 서로 얼굴을 마주 보고 얼었습니다. 왜냐하면 우리가 생각했던 것보다 훨씬 차이가 컸기 때문”이라고 말했습니다.

톡소플라스마 감염으로 쥐가 고양이에게 먹힐 가능성이 높아지는 것으로 알려져 있는데 메이어 씨는 톡소플라스마에 감염된 늑대가 퓨마의 먹이가 될 가능성은 낮다고 보았습니다. 그러나 북아메리카에는 한때 알려진 고양이과 동물로서는 최대급인 체중 약 200kg의 미국 라이온이 서식하고 있었고 1만 1000년 이상 전에 멸종될 때까지는 늑대를 포식하고 있었을 것으로 추정됩니다.

연구팀은 향후 톡소플라스마에 감염된 늑대가 번식에 성공하기 쉬워지는지 여부와 감염된 우두머리가 이끄는 무리가 위험을 감수하기 쉬워진 영향으로 퓨마와 마주칠 확률이 올라가는지 조사를 할 예정이라고 합니다.

인류의 가장 오래된 문명은 3000~4000년 전에 출현했는데 그로부터 현대까지 전쟁이 없고 평화였던 기간은 268년밖에 없다고 합니다. 또한 역사 이후 전쟁에서 목숨을 잃은 사람은 10억 명에 달한다는 추계도 있습니다. 이와 같이 인류의 역사는 전쟁과 폭력에 물들고 있는데 이러한 공격성은 인간의 천성인지 아니면 사회의 구조가 그렇게 만드는 것인지에 대해 과학계 뉴스사이트 Live Science가 설명했습니다.

Are humans inherently violent? | Live Science
https://www.livescience.com/are-people-inherently-violent

2014년 과학지 Nature에 게재된 논문에 따르면 인류에 가장 가까운 유인원인 침팬지 커뮤니티를 50년 이상 연구한 결과에서 18개 무리 중 15개 무리에서 총 152건의 침팬지끼리의 살해 사건이 확인되었고 대부분이 무리 속의 개체끼리 발생한 것이었다고 합니다. 이 결과에 일부 과학자들은 "적어도 인류와 침팬지의 공통조상까지 폭력이 일반적인 선택지였다"고 생각합니다.

캐나다 온타리오 주에 있는 궬프대학의 진화심리학자인 퍼트 버클리 씨는 Live Science와의 인터뷰에서 “최고의 역사적인 기록보다 오래된 폭력의 증거가 있습니다. 화살이 꽂힌 두개골 등 폭력적인 죽음의 흔적 등으로 복잡한 사회와 문명이 발달하기 전에 폭력이 있었음을 시사한다"고 말했습니다

그러나 만약 인류문명의 원류에 폭력이 있었다면 거기에서 파생된 모든 사회에서 똑같이 폭력이 만연해도 이상하지 않지만 폭력발생률은 지역이나 문화, 시대에 따라 크게 달라집니다. 예를 들어 유목민 사회에서는 대인폭력의 수준이 비교적 낮지만 약탈이나 정복이 활발했던 시대에서는 당연히 폭력은 높은 수준이었습니다. 또 미국과 유럽을 비교해도 미국은 대부분의 유럽 국가보다 폭력적입니다. 이는 인류라는 종 중에서도 폭력이 많은 사회와 적은 사회가 있음을 보여주고 있다며 버클리 씨는 “사회 사이에서 폭력발생률에는 자릿수 차이가 있습니다. 한 사회에서는 남성의 절반이 나머지 절반의 남성에 의해 폭력적으로 살해되었다는 기록이 있는 한편 현대 일본처럼 육체적인 폭력이 매우 드문 사회도 있다”고 지적했습니다.

처음 폭력이 어디에서 시작되었는지 모르겠지만 폭력이 폭력을 낳는다는 것은 잘 알려져 있습니다. 즉, 분쟁이 잘 일어나는 문화에서는 폭력이 세대를 넘어 퍼질 가능성이 높기 때문에 폭력은 어떤 종류의 감염병과 같이 전염되는 것이라고 주장하는 역학자도 있습니다.

그러나 폭력이 전혀 없는 사회에도 폭력은 존재합니다. 영국 바스대학에서 정치적 폭력을 전문으로 연구하고 있는 브래드 에반스 씨는 “보통의 선량한 사람이라도 상황이 바뀌자마자 괴물로 바뀔 수 있기 때문에 왜 폭력적인 행동나오는지 설명하는 명확한 공식은 존재하지 않으므로 문제는 복잡하다"고 말했습니다.

버클리 씨와 에반스 씨에 의하면 사람과 사람이 접촉할수록 번지기 쉬운 감염병과는 달리 폭력은 가해자가 피해자로부터 떨어져 있을수록 실행이 용이하다고 헙니다. 즉 물리적으로 사람을 때리는 것보다 핵미사일의 발사버튼을 누르는 것이 훨씬 쉽다는 것입니다.

예를 들어 '아이히만 실험'에서는 실험자가 피험자에게 다른 사람에게 가하는 전기충격을 점점 강하게 하도록 지시했는데 피험자와 전기충격을 받는 사람의 물리적 거리가 가까울수록 피험자가 꺼려했던 것으로 보고되었습니다. 또 대량학살은 가해자가 자신과 다른 인종이나 민족을 인간으로 간주하지 않게 되었을 때나 가해자와 피해자 사이에 심리적인 거리가 놓여졌을 때 발생하고 있습니다.

과학자들 사이에서도 '인간은 진화의 역사 속에서 계속 폭력적인 동물이었다'는 생각과 '폭력은 정착생활이나 가부장제 이데올로기, 치명적인 테크놀로지가 만들어낸 것으로 인간은 본래 온화한 '고귀한 야만인'이었다'는 생각이 대립하고 있습니다. 이에 인간의 폭력에는 집단이 다른 집단으로부터 자원이나 토지를 빼앗을 때 보이는 '적극적인 폭력'과 그러한 폭력에 직면했을 때의 반응인 '반응적인 폭력'이라는 2종류가 있다는 연구도 있습니다.

폭력이 인간의 본능에서 비롯된 것처럼 보이지만 인간사회는 약육강식의 자연계보다 분명히 평화적입니다. 버클리 씨는 “객관적으로 보면 사람은 이전보다 폭력에 노출될 위험이 훨씬 낮고 현대를 살아가는 우리는 역사상 가장 평화로운 시대에 있다고 말할 수 있습니다. 하지만 앞으로 기후변화와 싸우지 않는 한 식량 부족, 재해, 절망, 그리고 전쟁의 이유가 계속 증가할 것"이라고 우려했습니다

기후변화와 자연파괴 등 글로벌 문제를 데이터로 정리하고 있는 Our World in Data가 인류를 포함한 포유류의 현상을 9개로 정리했습니다.

Mammals - Our World in Data
https://ourworldindata.org/mammals

◆1: 야생 포유류 바이오매스는 인류 출현 이후 85%나 감소

생태계의 풍부함에 대한 지표로는 개체수가 자주 사용되지만 거대한 코끼리가 작은 쥐와 똑같이 카운트되기 때문에 과학자는 종종 '바이오매스'라는 지표를 사용합니다.

생물을 구성하는 기본 물질인 탄소의 무게로부터 동물이 얼마나 존재하는지를 나타내는 지표로 현대로부터 약 10만 년 전 인류의 조상이 아직 아프리카에서 살고 있던 시대에는 지구상의 야생동물의 바이오매스는 2000만 톤이나 있었습니다. 그런데 점차 번영을 시작한 인류가 대형 포유류를 사냥하면서 1만 년 전까지 야생동물의 바이오매스는 1,500만 톤까지 감소했습니다. 1900년에는 10만 년 전의 절반이 되어 버려 현대에서는 단 300만 톤, 비율로 보면 10만 년 전의 15%까지 줄어버렸습니다.

◆2: 세계의 포유류에서 차지하는 야생동물의 비율은 불과 4%

야생동물이 줄어들면서 인간과 가축은 급증했으며 지상에 있는 포유류의 96%가 인간과 가축이 차지하고 있습니다.

야생동물이 4%밖에 없는 것에 반해 인간은 34%, 나머지의 62%는 가축입니다. 가축 중에서는 소가 전 포유류의 바이오매스의 35%, 돼지가 12%, 버팔로가 5%를 차지하고 있으며 염소와 양, 말, 애완동물 등으로 이어집니다. 덧붙여 소나 돼지와 나란히 대표적인 가축인 닭은 조류이므로 제외입니다.

◆3：인류의 조상은 대형 포유류를 대량으로 멸종시켰다

최근의 환경 파괴로 인해 많은 야생동물이 감소하고 있기 때문에 인간이 야생동물을 위협하기 시작한 것은 최근의 일이라고 생각되기 쉽습니다. 그러나 문명을 가지기 전인 인류의 조상도 자연과 조화를 이루기는 커녕 아프리카에서 세계 각지로 퍼지는 과정에서 다수의 야생동물을 멸종으로 내몬 것으로 나타났습니다.

Our World in Data의 조사에 의하면 기원전 5만 2000년부터 9000년 사이에 체중 44kg 이상의 대형 포유류인 메가파우나가 178종류나 멸종했다고 합니다. '제4기의 대량멸종'이라 불리는 이 현상은 인류가 일으킨 것으로 생각합니다.

◆4 : 독특한 포유류가 가장 많이 서식하는 곳은 어디?

사라져 가는 포유류 중에서도 과학자가 특히 주목하는 종은 특정의 나라나 지역에서만 존재하는 고유종입니다. 왜냐하면 넓은 지역에 사는 포유류보다 정해진 지역에만 살고 있는 포유류가 멸종의 위험이 크기 때문입니다.

다음은 어느 나라에 보유종이 많은지를 나타내는 지도로 색이 짙을수록 고유종이 많이 살고 있습니다. 고유종이 많은 곳은 다른 지역과 바다에서 분리된 섬이나 대륙으로 구체적으로는 열대에 위치한 인도네시아가 281종으로 선두입니다. 또한 호주와 아프리카의 마다가스카르에도 고유종의 포유류가 200종 이상 서식하고 있습니다.

◆5：세계의 포유류의 4분의 1이 멸종 위기

고유의 포유류가 많이 살고 있다는 것은 멸종의 위기에 노출되어 있는 포유류가 많이 살고 있다는 의미입니다. 다음은 멸종위기종(레드리스트)으로 분류된 포유류가 살고 있는 국가의 그래프로 가장 많이 고유종이 사는 인도네시아가 여기서도 가장 심각합니다. 또 경제발전에 따른 개발이 진행되고 있는 멕시코, 인도, 브라질, 중국도 상위에 위치하고 있으며 세계 전체로 보면 포유류의 4분의 1이 멸종 위기에 처해 있습니다.

◆6：사라지고 있는 거대 포유류들

인류는 아프리카로부터 세계 각지에 진출함에 따라 대형 포유류를 대량으로 멸종시켰고 그 위기는 지금도 계속되고 있습니다. 다음 중 왼쪽 열은 약 258만 년 전부터 약 1만1700년 전의 갱신세에 멸종된 포유류를 흑색, 살아남은 포유류를 녹색으로 나타낸 것으로 그래프는 위에서 북미, 호주, 아프리카, 남미입니다. 왼쪽으로 몸이 작고 오른쪽으로 몸이 크므로 멸종된 포유류가 대형 포유류로 치우쳐 있는 것을 알 수 있습니다. 마찬가지로 현재 멸종이 우려되지 않은 동물을 녹색, 사냥이나 서식지의 손실, 기타 위협에 노출된 포유류를 각각 빨강, 노랑, 파랑으로 나타낸 우열의 그래프에서도 특히 사냥으로 인해 사라지고 있는 종이 대형 포유류에 치우쳐 있다는 것을 알 수 있습니다.

위의 그래프에서 고대부터 현대에 이르기까지 대형 포유류는 주로 인류의 사냥, 즉 남획에 의해 목숨을 잃고 있음을 알 수 있습니다. 고대 인류는 주로 식량 목적으로 메가파우나를 사냥했지만 현대에는 송곳니와 뼈를 모으기 위해 또는 단순한 엔터테인먼트로서 대형 포유류가 살해되고 있습니다.

◆7：밀렵으로 인해 코끼리의 개체수가 격감하고 있다

밀렵으로 인해 생명을 잃는 대형 포유류로서 가장 대표적인 종은 지상 최대의 포유류인 코끼리입니다. 특히 상아를 목적으로 한 밀렵이 심각한 아프리카 코끼리의 개체수는 1500년의 2600만 마리에서 1995년에는 28만 6000마리까지 수가 줄었습니다. 그 후 약간 개선되어 2015년 시점에서 약 41만 5000마리로 증가했지만 100년 전의 1000만 마리에 비해 4% 수준입니다.

◆ 8 : 부활한 코뿔소도 있지만 멸종하는 코뿔소도 있다

뿔이 중국에서 한약으로 애용되는 코뿔소도 밀렵의 위협에 노출되고 있으며 5종 중 4종이 멸종위기종으로 지정되어 있습니다.

예를 들면 흰코뿔소의 변종인 북부흰코뿔소는 현재 2마리밖에 생존하지 않는 야생멸종 상태에 있습니다. 게다가 2018년 3월에는 마지막 수컷이 죽어 암컷만이 남아있습니다.

종을 보전하기 위한 노력의 몇 가지 성공사례 중 하나는 남부흰코뿔소입니다. 남부흰코뿔소는 1895년 20마리까지 감소해 버렸지만 아프리카의 자연보호구에서 엄중하게 보호된 결과 1세기 동안 1000배인 2만1000마리까지 개체수가 회복했습니다.

◆9：고래는 조금씩 개체수가 회복되고 있다

바다의 대형 포유류인 고래도 포경으로 크게 수가 줄어 1890년부터 2001년까지 고래 전체의 개체수는 3분의 2로 줄었습니다. 특히 포경이 활발하게 이루어진 참고래(Fin Whale)는 98.5%나 개체수가 줄었습니다.

그러나 기술의 발달로 고래유가 불필요하게 되고 국제적인 대처 등에 의해 포경이 줄어 일부 종의 고래는 개체수가 회복되고 있습니다. 이와 관련하여 Our World in Data는 “포경은 자연보호의 성공 사례 중 하나로 한때 전세계에서 높은 수요가 있었던 동물이 대체 기술과 국제협력에 의해 멸종위기에서 구해졌습니다. 아직도 많은 포유류가 멸종위기였던 1960년대의 고래와 비슷한 상황에 있지만 포경의 쇠퇴는 사태를 호전할 수 있다는 희망을 우리에게 가져다 준다”고 평가했습니다.

눈에 보이지 않아도 우리의 체내와 주위에 존재하고 있는 '미생물들'. 사람이 가는 모든 장소, 사람이 하는 모든 것은 미생물의 아우라에 싸여 있습니다.

미생물은 머리를 긁으면 머리카락에서 떨어지고 친구에게 손을 흔들면 손에서 튀어나오고 말하면 입에서 내뿜습니다. 아무것도 하지 않고 가만히 앉아 있을 때라도 사람은 자신이 발하는 미생물의 아우라 속에 있다는 것입니다.

수백만, 수십억, 수조의 박테리아와 효모, 그 세포나 세포의 일부로 이루어진 이 아우라는 말하자면 ‘구름(클라우드)’과 유사합니다. 그리고 새로운 연구에 따르면 그 구름은 사람마다 다른데 이 구름을 연구함으로써 전염병이 확산되는 현상을 추적하거나 경찰이 범인을 체포하는 데도 도움이 될 수 있다는 것.

내 안의 미생물, 내 밖의 미생물
'마이크로바이옴(microbiome)'이라는 말에서는 프로바이오틱스가 흔히 연상됩니다. 소위 선옥균이라는 사람 속에 살고 음식을 분해하는 것을 돕고 때로는 질병과 싸우고 배고픔을 조절하는 미생물군입니다.

그러나 그들 미생물은 사람의 몸 밖에도 존재합니다. 몸은 피부로 덮여 있지만 그 피부에는 수백만 개체의 미생물이 살고 있고 그들은 피지나 죽은 세포, 유기물을 먹거나 혹은 서로 잡아먹으며 살고 있습니다.

"1cm 제곱미터의 피부에 수천 개의 박테리아가 존재한다"고 전 오리건 대학 연구자인 제임스 메도우 씨는 설명했습니다. 아르곤 국립연구소의 미생물학자인 잭 길버트 씨는 사람마다 다른 '미생물의 아우라'를 분석함으로써 범죄수사에도 도움이 될 것으로 생각합니다.

사람 주위에 존재하는 박테리아의 세포의 수는 인간 1명이 가지는 세포의 수에 비해 약 10배 많습니다. 만약 당신의 몸 안팎에 있는 세포의 모든 DNA를 조사했다면 인간의 것은 그 2% 정도로 나머지는 미생물의 것이라고 합니다.

당신의 마이크로바이옴의 구름은 창자와 피부에 존재하는 미생물이 나타난 것으로 코를 파거나 트림 또는 방귀를 뀔 때 체내에 있는 미생물은 외부로 배출되어 마이크로바이옴의 구름이 됩니다.

세상은 미세한 배설물로 덮여 있다
메도우 씨 연구팀은 미생물의 구름이 검출 가능한지, 그 DNA가 개체마다 다른지를 조사하기 위해 실험을 실시했습니다. 실험의 대상이 된 피실험자는 살균된 클린룸에 앉게 해 각 피실험자가 4시간 노트북을 사용하고 있는 동안 지면에 배치한 에어필터에 떨어진 피실험자의 박테리아를 모아 DNA만을 추출했습니다.

이 실험의 데이터를 확인한 후 과학자들은 더욱 많은 자원봉사자를 동원해 바닥에 놓은 접시만을 사용해 그 프로세스를 반복하기로 했습니다. 두 번째 실험은 방에서 보내는 시간을 90분으로 한 것을 제외하고는 똑같이 수행되었습니다.

박테리아는 사람이 걸을 때 발생하는 기류와 공기의 소용돌이로 쉽게 날아갑니다. "만약 당신이 누군가와 악수할 정도로 가까워지면 그 시점에서 이미 상대의 미생물의 구름 속에 있다는 것을 의미한다"고 메도우 씨는 말합니다. 즉 당신은 동료, 가족, 기차에 동승하는 사람들과 '미생물을 공유하고 있다'는 것입니다.

마이크로바이옴은 실제로 얼마나 다른가?
상기 2개의 시험에 참가한 피실험자 중 적어도 11명에 있어서는 미생물의 구름의 성질이 각각 크게 다른 것으로 나타났습니다. 또한 사람에 따라 미생물을 뿌리는 비율도 다르다고 합니다. "모든 사람이 특유의 '미생물 프로필'을 가지고 있다"고 아르곤 국립연구소의 미생물학자인 잭 길버트 씨는 말했습니다.

이 실험에 의해 처음으로 마이크로바이옴의 특이성이 유전자 수준에서 밝혀졌습니다. 이 발견은 전염병이나 범죄법의학과 같은 분야에서 연구하는 데 도움이 될 것입니다.

현재 병원 내에서 세균이 어떻게 퍼지고 있는지 모르는데 메도우 씨는 오레곤 주립대학에서의 연구 후 미생물에 대한 이해를 MRSA(메티실린 내성 황색 포도상구균)의 원내감염이라는 사태를 막는 데 기여하기 위해 샌프란시스코에 있는 바이오 기업에서 일하고 있습니다.

또 경찰은 마이크로바이옴에게 또 다른 용도가 있다고 생각하고 있고 길버트 씨는 이전부터 범죄현장의 조사관이 미생물의 잔류를 조사해 범인을 색출해내는 수단으로써 활용하는 데 착수했습니다.

그에 따르면 인간은 흙이나 공기나 입으로 섭취하는 음식, 몸을 씻거나 마시는 물 등으로 미생물을 섭취하고 있다고 합니다. 사람에 따라 다른 '미생물 사인'을 범죄현장과 연결시키는 증거로 활용할 수 있어 알리바이와 일치하면 죄의 혐의도 밝힐 수 있을지도 모릅니다.

적어도 이론적으로는 “현재보다 상당히 광범위한 데이터베이스에 의존해야 할 것”이라며 '어스 마이크로바이옴 프로젝트'를 진행하면서 '생물의 지도' 데이터베이스도 구축하고 있습니다. 몇 년 후에는 개인을 확인하기 위해 DNA까지 파낼 필요도 없어지고 사람은 어디로 가든지 자신을 증명하는 미생물 구름을 데리고 걷게 될 것입니다.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 人間は「微生物のクラウド」に包まれている：マイクロバイオーム最新研究より
https://wired.jp/2015/10/11/bacteria-clouds/

해가 저무는 하늘을 가득 채울 기세로 날아다니는 찌르레기 무리는 한 방향으로 날아가는 것이 아니라 마치 소용돌이를 치듯 움직이거나 조밀하게 모이고 흩어지는 등 리듬 있는 움직임을 보이는데 인간의 넷상에서의 집단행동도 이 찌르레기 무리의 움직임과 비슷하다고 지적되고 있다고 정보사이트 NOEMA의 르네 디레스타 씨가 보도했습니다.

How Online Mobs Act Like Flocks Of Birds
https://www.noemamag.com/how-online-mobs-act-like-flocks-of-birds/

이런 찌르레기 무리의 움직임을 생물학에서는 'Murmmuration'이라고 합니다. 무리 속에서 찌르레기는 자신 근처에 있는 7마리를 보고 그에 따라 움직임을 조정하고 있다는 것.

Starling murmuration 2020 #Geldermalsen - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=uV54oa0SyMc

이 무리의 행동을 연구하는 계산생물학자나 컴퓨터과학자는 Murmmuration으로 일어나고 있는 것을 '국소적인 행동반응의 이웃에 급속한 전달'이라고 표현해 이질적인 생물의 집단이 정리된 단위가 되어 움직이는 Murmmuration을 '집단행동'이라고 부릅니다.

SNS에서 인간은 협조하거나 괴롭히거나 사이버 캐스케이드(Cyber cascade)와 같이 다수파의 의견을 선택할 수 있습니다. 이것은 국소적인 반응이 주위에 퍼진 것이라고 할 수 있습니다.

국소반응이 어떻게 전달되는지는 네트워크 구조에 의해 결정됩니다. 새의 경우는 앞에서 설명한 바와 같이 주위 7마리의 새의 움직임에 맞추지만 인터넷상에서 사람은 콘텐츠나 다른 사용자에게 맞추게 됩니다. 그리고 그 콘텐츠는 알고리즘이 매개하여 제공되는 뉴스피드에서 보내지기 때문에 말하자면 알고리즘이 주변 7마리의 새를 결정하고 있다고 할 수 있습니다

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SNS가 인터넷에 출현한 초기는 어디까지나 현실의 인간관계의 연결을 넷상에 옮겼을 뿐이었고 연결이 있는 사람의 수는 안정적인 관계를 구축할 수 있다는 150명에 못 미치는 수 였다고 생각됩니다. 그러나 친구와 팔로워 수가 프로필에 표시되어 평가대상인 숫자가 되면 사람들은 자신의 친구뿐만 아니라 '지인의 친구', '친구의 친구'와도 친구가 됩니다.

플랫폼으로서는 사이트에 장시간 체류하게 하기 위해 추천시스템 등으로 사람들이 지금까지 만난 적이 없는 새로운 무리와의 만남을 제공해왔습니다. 또한 통계결과를 바탕으로 특정 온라인 커뮤니티에 참여할 것을 권장합니다. 이 메커니즘을 '협조 필터링'이라고합니다.

반백신운동에 대해 조사하고 있던 필자 디레스타 씨는 알고리즘에 따라 2016년 미국 대통령 선거의 민주당 후보였던 힐러리 클린턴 씨가 인신매매·자동성적 학대에 관여하고 있다는 '피자게이트' 커뮤니티에 참여하도록 권장 받은 적이 있다는 것. 피자게이트의 뒤에 음모론자가 세력화한 집단이 익명게시판 '4chan'을 베이스로 세력을 확대한 'QAnon'입니다.

Twitter의 트렌드도 새로운 '무리'를 낳는 원동력의 하나가 되고 있다고 디레스타 씨는 지적했습니다.

한편 사용자도 주체성이 없는 것은 아니기 때문에 '낚이지 않는다'는 선택을 취할 수 있습니다.

'7마리의 새'의 대상을 재검토해 개선했다 하더라도 또 유해한 '무리'가 형성될 수 있다며 디레스타 씨는 해결책의 하나로 "처음부터 출발하여 현존하는 생태계에서 완전히 새로운 것으로 모두 탈출할 수 있다면 사회로서 더 나은 것을 제공할 수 있을지도 모른다”고 보았습니다.

서호주 드레서 누층((Dresser Formation)에서 발견된 약 34억 8000만 년 전의 암석을 조사한 국제연구팀이 이 암석은 생명의 활동에서 유래하는 것이라고 결론지었습니다. 이것은 지구상에서 가장 오래된 생명의 흔적이며 화성에서의 생명탐사에도 도움이 될 수 있다고 합니다.

Advanced two- and three-dimensional insights into Earth’s oldest stromatolites (ca. 3.5 Ga): Prospects for the search for life on Mars | Geology | GeoScienceWorld
https://doi.org/10.1130/G50390.1

Earth’s Oldest Stromatolites and the Search for Life on Mars
https://www.geosociety.org/GSA/News/pr/2022/22-66.aspx

3.5 billion-year-old rock structures are one of the oldest signs of life on Earth | Live Science
https://www.livescience.com/oldest-stromatolites-australia

남조류(시아노박테리아)의 사체나 진흙 등이 퇴적되어 형성되는 암석 '스트로마톨라이트'는 30억 년 이상 전의 것도 발견되고 있기 때문에 "가장 오래된 삶의 흔적"이라고 부릅니다. 그러나 너무 오래된 스트로마톨라이트는 속성작용이나 풍화로 인해 화유기물의 흔적을 잃어버리기 때문에 정말로 암석이 생물기원인지 아니면 지질학적 운동으로 인한 것인지 논란을 만들고 있다는 것.

스트로마톨라이트는 화석으로 발견될 뿐만 아니라 현재에도 지구상의 일부 수역에 존재하고 있습니다. 아래의 사진은 서호주 해안의 하멜린 베이(Hamelin Bay)에 현존하는 스트로마톨라이트의 사진입니다.

지금까지 과학계에서 가장 오래된 스트로마톨라이트로 인정받았던 것은 34억 3000만 년 전의 것이었지만 2000년에 서호주 드레서 누층에서 34억 8000만 년 전으로 거슬러 올라가는 스트로마톨라이트로 보이는 암석이 발견되었습니다.

런던 자연사박물관의 Keyron Hickman-Lewis 씨가 이끄는 연구팀은 프랑스 국립과학연구센터(CNRS)와 협력해 고해상도의 2D 및 3D 이미징 기술을 이용해 34억 8000만 년 전의 암석을 조사했습니다.

조사 결과 암석에 작은 돔형 층을 포함하는 불균일한 층이 확인되었습니다. 이것은 스트로마톨라이트를 형성하는 남조류가 광합성을 하므로 태양의 빛이 도달하기 쉬운 장소와 그렇지 않은 장소에서 성장속도가 달라서 생기는 것으로 암석이 남조류 유래의 스트로마톨라이트인 것을 보여주는 증거입니다. 또한 현대의 스트로마톨라이트에서도 볼 수 있는 전형적인 기둥 형상 구조도 확인되었다고 합니다.

이번 연구에는 참여하지 않은 테네시 대학의 지구과학자 Linda Kah 씨는 “미생물에 의해 형성된 층은 두께가 불균일하고 주름이 생기거나 매우 작은 공간 스케일로 상하하는 레이어가 형성되기 쉽다"며 "이를 고려하면 미생물 레이어의 특징을 찾을 수 있다"고 설명했습니다

덧붙여 2016년에는 37억 년 전의 스트로마톨라이트로 보이는 암석이 발견되었는데 이 암석이 정말로 생물 기원의 것인지에 대해서 아직 결론이 나오지 않았다고 합니다.

Scientists find 3.7 billion-year-old fossil, oldest yet
http://phys.org/news/2016-08-scientists-billion-year-old-fossil-oldest.html

이번 연구결과는 지구상의 초기 생명 연구뿐만 아니라 화성의 생명탐사에도 도움이 될 수 있습니다. 드레서 누층의 스트로마톨라이트는 암석에 포함된 철과 대기가 반응하여 생긴 산화철로 덮여 있어 유기물의 흔적을 찾기가 어렵습니다. 마찬가지로 화성 표면의 암석도 광범위하게 산화의 영향을 받고 있기 때문에 유기물의 흔적을 찾기가 어렵다는 것.

그러나 이번 드레서 누층의 암석을 분석한 수법을 응용함으로써 화성에서 가져온 샘플에서 생명의 흔적을 찾을 수 있을지도 모른다고 연구팀은 기대했습니다.

인간을 포함한 동물의 행동에는 각각 개성이 존재하고 있는데 언제부터 행동의 개성이 발생해 발달해 나가는지에 대해서는 불분명한 점이 많이 남아 있습니다. 그래서 유전적으로 동일한 복제어의 행동을 출생 직후부터 추적한 실험을 실시한 결과에서 행동의 개성은 '생후 1일째'부터 존재한다는 사실을 알게 되었습니다.

The emergence and development of behavioral individuality in clonal fish | Nature Communications
https://doi.org/10.1038/s41467-022-34113-y

일반적으로 행동의 개성은 유전자나 사회적 환경과 같은 조건의 차이에 근거해 생긴다고 생각되고 있습니다. 그런데 무성생식으로 번식하는 것으로 알려진 Amazon molly를 이용한 2017년의 연구에서는 유전자가 같은 개체를 고도로 표준화한 환경에서 사육했음에도 불구하고 생후 7주째에 행동의 개성이 확인된 것으로 보고되었습니다.

다음은 개성이 나타나는 3개의 패턴을 간단한 그림으로 나타낸 것으로 왼쪽이 '출생 시점에서 개성이 존재하는 패턴', 중간이 '출생 후 서서히 개성이 나타나는 패턴', 오른쪽이 '특정 시점에서 갑자기 개성이 나타나는 패턴'입니다.

거기서 라이프니츠 담수생태학·내수면 어업연구소의 연구팀은 유전적으로 동일한 Amazon molly를 출생 직후부터 동일 환경에 분리해 고성능의 추적시스템을 이용해 행동을 추적하는 실험을 실시했습니다.

실험에서는 같은 유전자를 가진 출생 직후의 물고기를 빛이나 온도 조건, 음식, 사회적 밀도 등의 환경을 동일하게 갖춘 수조에 수용했습니다. 그리고 싱글보드 컴퓨터의 Raspberry Pi와 카메라를 사용하여 구축한 자동기록 시스템을 사용하여 수용 직후부터 생후 10주째까지 물고기 사진을 정기적으로 촬영했습니다.

사진촬영은 물고기가 행동하고 있는 1일 11시간에 3초 간격으로 이루어지며 일일 촬영 매수는 1만 3200장에 달하고 실험 기간 중에 촬영된 총 매수는 1마리당 90만 장을 넘었다고 합니다. 이미지 데이터는 하루마다 타임랩스 동영상화되어 커스텀 추적 소프트웨어로 수조 내의 위치좌표를 추출해 유영속도의 중앙값이나 활동경향이라는 행동의 개성을 추적했다고 합니다.

실험결과 Amazon molly의 행동적 개성은 생후 1일째부터 일관되게 존재했고 개성의 차이는 모체나 몸의 크기 등에 의해 설명할 수 있는 것이 아닌 것으로 확인되었습니다. 또 생후 10주째에 걸쳐서 점차 개성이 강화되어 갔을 무렵 발달 초기의 개성은 발달 후기의 개성과 유의하고 강력한 양의 상관관계가 있는 것으로 연구팀은 보았습니다.

아래의 그래프는 데이터로부터 추측된 특정 개체의 유영속도가 시간경과에 따라 어떻게 변화되는지를 보여줍니다. 출생 직후부터 수영이 빨라진 개체는 그 후의 단계에서 더욱 유영속도가 빨라지는 반먼 느렸던 개체는 그 후도 느려 발달 초기의 개성이 그 후에도 유지, 강화되는 경향이 보여집니다.

유전적으로 동일한 개체에서 출생 직후부터 개성의 차이가 생기는 점에 대해 연구팀은 '어머니의 DNA 메틸화나 호르몬과 같은 모체내 환경의 차이'라는 가설이나 '분자적·신경학적·생리학적 마커의 확률적 변동의 결과”라는 가설을 꼽습니다. 이러한 차이로 인한 개체 차이는 환경에 대한 종으로서의 적응성을 증가시켜 유전적으로 동일한 Amazon molly의 생존 확률을 높일 수 있다는 것.

연구팀은 “행동적 개성은 동물집단의 기본적인 특징으로 우리의 연구는 유전적, 환경적 차이가 없을 때 이러한 개체간 차이가 어떻게 변화하고 발달하는지에 대한 귀무모델을 제공하는 것입니다. 개성은 유전자나 경험의 차이, 특정 생태학적 조건에 의해 발생하는 것으로 여겨지지만 우리의 연구는 출생 전의 보다 미묘한 과정이 행동적 개성을 창출하는데 있어서 기본적인 역할을 할 수 있다는 것을 보여주는 것으로 개체는 태어나면서 독특하지만 평생에 걸친 행동의 변화를 부정하는 것은 아니다"라고 설명했습니다.

공룡이 육지의 패자가 되기 전부터 바다를 헤엄치고 있던 상어는 생물의 99%가 멸종한 마지막 대량 멸종을 포함해 빅 5라고 불리는 5회의 대량 멸종 중 4회를 살아남았습니다. 이처럼 오랫동안 상어가 계속 번영하는 비밀을 과학계 뉴스사이트 Live Science가 정리했습니다.

Sharks are older than the dinosaurs. What's the secret to their success? | Live Science
https://www.livescience.com/secret-to-sharks-success-evolution

약 4억 년에 등장한 상어는 약 2억 4천만 년 전에 출현한 공룡이나 약 3억 9천만 년 전에 육지에서 진화한 수목보다 오래된 종입니다. 이 정도까지 오랫동안 상어가 생존을 계속하고 있는 이유 중 하나는 환경에 맞게 유연하게 생리기능을 변화시킬 수 있었기 때문이라고 생각되고 있습니다.

가오리 등과 같은 연골어류로 분류되는 상어는 골격 대부분이 연골로 만들어져 있으며 기온이 높아지면 몸을 작게 하는 적응을 비교적 빠르게 할 수 있습니다.

예를 들어 2016년에 발표된 논문에 따르면 캐나다의 세인트 로렌스만 남부에 서식하는 가오리의 일종은 7000년 동안 수온이 10도 상승해도 적응하여 몸 크기를 45%나 줄였다는 것. 진화라는 관점에서 보면 7000년이라는 기간은 매우 짧기 때문에 과학자들은 자연도태로 서서히 몸이 작은 개체가 선택되어 가는 것이 아니라 환경요인에 의해 유전자의 발현이 변화하는 후성적 반응으로 추정하고 있습니다.

캘리포니아 주립대학교 롱비치교의 상어연구소에서 소장을 맡고 있는 크리스토퍼 로우 교수에 따르면 일부 상어에는 게놈이 매우 크다는 특징이 있으며 지금은 도움이 되지 않는 게놈 중에는 과거에 일어난 환경의 변화를 견디는데 사용된 것이 포함되어 있을 가능성이 있다고 합니다.

수온의 변화뿐만 아니라 상어와 가오리를 포함한 판새아강(板鰓亞綱)이라고 불리는 그룹의 물고기는 담수와 해수라는 수질의 변화에도 대응하고 있으며 이 능력을 가진 상어로서는 기성 거칠고 흉포한 상어로 알려진 황소상어(Bull shark)가 특히 유명합니다. 이러한 능력은 지구의 기온변화로 인해 얼음이 녹아 대량의 담수가 바다에 들어왔을 때 도움이 되었다고 합니다.

게다가 상어 대부분은 육식동물이라고 생각되고 있지만 실은 그 이외의 것도 먹을 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 예를 들어 해초 서식지에서 자주 발견되는 보닛헤드 샤크(Bonnethead shark)는 주로 게와 문어를 먹고 있지만 해초를 먹어도 소화할 수 있다는 사실이 2018년의 연구에서 확인되었습니다.

플로리다주 상어연구프로그램에서 디렉터를 맡고 있는 개빈 네일러 씨는 “이 만능성이 상어의 번영을 지지하고 있을 가능성이 크다”고 말합니다.

이처럼 지금까지 상어는 그 유연한 적응력으로 능숙하게 과거의 대량 멸종을 살아왔지만 현대의 상어는 인류가 일으키고 있는 6번째의 대량 멸종이라는 전대미문의 시련에 직면하고 있습니다.

네일러 씨는 “상어는 과거의 기후변화에 잘 대처해 왔지만 현재의 상어와 가오리가 가지고 있는 가장 큰 문제는 남획"이라며 생태계의 정점에 군림하는 상어가 남획으로 감소해 생태계의 균형이 무너진 경우의 영향은 헤아릴 수 없다고 위기감을 나타냈습니다.

나무의 줄기에 구멍을 뚫어 먹이가 되는 벌레를 찾거나 둥지를 만드는 딱따구리는 1초에 최대 25회라는 초고속으로 나무를 쪼는데, 딱따구리의 뇌가 받는 중력가속도는 최대 1200G로 인간이 뇌진탕을 일으키는 100G를 훨씬 웃돌고 있습니다. 그런 딱따구리의 뇌가 어떻게 무사할 수 있는지에 대한 연구결과가 발표되었습니다.

Woodpeckers minimize cranial absorption of shocks: Current Biology
https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.05.052

Study sheds light on woodpecker brain theory - RMOToday.com
https://www.rmotoday.com/beyond-local/study-sheds-light-on-woodpecker-brain-theory-5616865

Why woodpeckers don’t mind pecking with their faces | Deccan Herald
https://www.deccanherald.com/science-and-environment/why-woodpeckers-don-t-mind-pecking-with-their-faces-1127160.html

고속으로 나무를 쪼는 딱따구리가 두통에 시달리지 않는 원리는 오랫동안 과학자들의 의문이었습니다. 과거에는 캘리포니아대학 데이비스교의 안과의사인 아이반 R. 슈와브 교수가 “근육과 두개골에 있는 스폰지 모양의 조직으로 충격을 흡수하고 있기 때문에 딱따구리는 두통에 시달리지 않는다”라는 논문을 발표해 2006년도 이그노벨상 조류학상을 수상했습니다.

이그노벨상은 그다지 명예로운 상이 아니라고 취급되지만 딱따구리가 충격을 흡수하는 메커니즘을 가지고 있다는 학설은 최근까지 정설로서 받아져 왔습니다. 그러나 이 학설에 종지부를 찍기 위해 벨기에 앤트워프대학의 생물학자인 Sam Van Wassenbergh 씨가 나섰습니다. 그는 "예를 들어 쇼크업소버가 내장된 망치가 있다면 엉망일 것"이라며 만약 충격이 흡수된다면 딱따구리는 나무를 잘 쪼질 못할 것이라고 의문을 제기했습니다.

그래서 Van Wassenbergh 씨의 연구팀은 딱따구리과인 Black woodpecker, Pileated woodpecker, Great spotted woodpecker 각 2마리씩 합계 6마리를 사육하며 관찰해 나무를 쪼는 모습을 하이스피드 카메라로 촬영했습니다. 그리고 부리 2곳과 눈에 마커를 붙여 그 움직임을 추적하는 분석을 실시했습니다. 만약 통설처럼 두개골이나 부리의 뿌리에 있는 뼈로 충격을 흡수하고 있다면 나무에 부딪히는 부리가 움직임을 멈춘 후 조금 늦게 눈이 감속할 것입니다.

분석 결과에서 딱따구리의 부리와 눈은 동시에 감속하고 있다는 것을 알 수 있었습니다. 이 사실은 딱따구리가 부리를 나무에 부딪칠 때 전혀 충격을 흡수하지 않는다는 것을 의미합니다. Van Wassenbergh 씨는 이 결과에 대해 “딱따구리가 나무에 주는 충격의 일부를 흡수한다면 귀중한 에너지가 낭비될 것입니다. 오히려 딱따구리는 충격 흡수를 최소화하기 위해 수백만 년 동안 진화를 이루었을 것"이라고 보았습니다.

딱따구리가 나무를 쫄 때 충격을 흡수하지 않는다는 사실을 발견한 Van Wassenbergh 씨는 다음으로 딱따구리 머리의 컴퓨터 모델을 만들고 시뮬레이션 실험을 했습니다. 그 결과 두개골에서 충격을 흡수하면 부리로 나무에 구멍을 뚫는 능력이 저하된다는 것이 확인되었습니다.

게다가 이 시뮬레이션은 나무가 쪼는 딱따구리의 뇌에 가해지는 압력이 뇌가 손상되는 수준보다 훨씬 낮다는 것을 보여주었습니다. 이것은 딱따구리의 뇌가 너무 작아 나무를 쪼는 정도의 충격으로는 데미지를 받지 않는다는 것을 의미합니다.

연구팀에 따르면 딱따구리가 뇌진탕을 일으키기 위해서는 평소의 2배의 속도로 나무를 쪼거나 나무보다 4배 딱딱한 물체를 쪼아야 한다고 합니다. 이에 대해 Van Wassenbergh 씨는 “딱따구리는 인간보다 훨씬 작아 급격한 감속을 견딜 수 있다”고 설명했습니다.

연구팀은 논문에서 딱따구리 머리는 충격흡수용 헬멧이 아니라 딱딱한 해머로서 기능해 쪼는 힘을 최대한 높일 가능성이 높다며 생물학적 증거가 없이 딱따구리를 참고해 충격흡수재와 헬멧 등의 도구 개발자들은 향후 디자인의 재검토를 강요당할 것이라는 견해를 나타냈습니다.

백신접종을 받지 않고 발병했을 경우 확실히 사망에 이르고 확립된 치료법은 없으며 예후는 절망적이라고 알려진 광견병은 광견병 바이러스인 리사 바이러스에 기인합니다. 단지 5가지의 유전자만을 가진 매우 단순한 구조의 리사 바이러스가 어떻게 면역시스템을 압도하고 사람을 죽음에 이르게 하는지 과학계 YouTube 채널 Kurzgesagt가 설명했습니다.

The Deadliest Virus on Earth - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=4u5I8GYB79Y

리사 바이러스는 고대 그리스의 광기의 여신 리사에 연관된 이름으로 4000년 이상 전부터 인류를 괴롭혀 왔습니다. 광견병에 걸리면 동물은 분노에 찬 미친 짐승으로 변모하고 인간은 물을 두려워하는 좀비처럼 되어 버립니다.

리사 바이러스의 가장 큰 특징은 인간의 면역체계를 피하는 능력이 믿을 수 없을 정도로 성공적인 점에 있습니다. 바이러스는 생물과 무생물의 중간에 위치하며 살아있는 세포가 없으면 성장할 수 없는 유전적인 명령의 모음에 불과합니다. 이러한 바이러스 중에서도 리사 바이러스는 특히 간단하며 단 5가지의 유전자, 즉 5가지의 단백질에 관한 명령만을 가지고 있습니다.

리사 바이러스는 이 5개의 유전자를 구사하여 감염, 면역계의 회피, 뇌로의 이동, 자가복제, 새로운 숙주감염을 처리합니다.

광견병에 대한 감염은 종종 리사 바이러스에 감염된 개에게 물리면서 시작됩니다. 개 송곳니에 부착된 타액과 함께 체내로 침입한 리사 바이러스는 우선 신경조직을 목표로 합니다. 신경세포는 말하자면 '살아있는 전선'이며 신체에 신호를 전달하는 역할을 합니다. 리사 바이러스는 이 신경의 말단에 있는 수용체로 침입하여 무방비한 신경에 잠입하는 것으로 생각됩니다.

바이러스가 증식하기 위해서는 신경의 세포 메커니즘에 도달해야 하지만 신경은 길기 때문에 장거리 이동이 필요합니다. 여기서 등장하는 것이 Dynein입니다. Dynein은 미세소관이라고 불리는 수송로를 통해 세포에 필요한 물질을 전달하는 분자모터로 미세소관 위를 걷는 다리 2개의 로봇과 같은 외형을 하고 있습니다.

리사 바이러스는 5가지의 단백질 중 하나를 사용하여 이 수송시스템을 탈취하고 세포의 핵으로 자신을 운반하도록 명령합니다. 그리고 일단 침입되어 버리면 인체의 면역시스템이 그것을 발견하는 방법은 거의 없습니다.

정상적인 세포가 바이러스의 침입을 감지하면, 세포는 특수한 단백질을 대량으로 방출합니다. 그 중 하나가 인터페론이라는 단백질입니다. 인터페론은 면역세포에 항바이러스 무기를 만들거나 감염된 세포에 대한 단백질 합성을 정지시켜 바이러스의 자가복제를 지연시킵니다.

또한 세포는 MHC 클래스 I 분자라는 물질을 사용하여 세포 내에서 만들어진 물질의 샘플을 세포 표면에 제시하고 면역체계가 세포 내 이변을 인식할 수 있는 메커니즘을 가지고 있습니다.

인터페론은 이 샘플의 제시 수를 늘리도록 지시하는 작용이 있으므로 만약 세포가 바이러스에 감염되어 바이러스의 유전자나 부품을 제조하고 있는 경우 면역세포가 재빨리 알 수 있게 됩니다.

그리고 세포가 바이러스에 감염되었음을 확인한 면역세포는 세포에 자멸을 명령하여 바이러스를 박멸시킵니다. 이 과정은 신체의 면역체계가 일반적인 바이러스를 격퇴하는 메커니즘입니다.

그런데 리사 바이러스는 신경세포가 인터페론을 만드는 것을 억제하기 때문에 면역시스템의 감시망에 걸리지 않습니다. 게다가 많은 바이러스는 세포가 파열하는 동시에 체내로 방출되지만 리사 바이러스는 신경세포를 파괴하지 않고 몰래 세포에서 세포로 이동합니다.

이 움직임은 매우 느리기 때문에 동물에 물린 곳이나 체내에 침입한 바이러스의 수 등에 따라 다르지만 리사 바이러스가 뇌에 도달하는 데 몇 주에서 몇 개월 때로는 몇 년이 걸리기도 합니다.

리사 바이러스는 이렇게 체내에서 증식하지만 최종적으로는 이상을 감지한 면역계가 최강의 항바이러스 세포인 킬러 T세포를 보내어 본격적인 바이러스의 격퇴에 나섭니다. 대부분의 바이러스 감염은 이 단계에서 끝나지만 리사 바이러스는 킬러 T세포를 격퇴해 버립니다.

중추신경계는 매우 섬세한 시스템이므로 면역세포는 자유롭게 들어갈 수 없습니다. 면역세포는 신경세포의 허가가 없으면 신경계에 들어갈 수 없고 신경세포는 면역시스템이 과반응하고 있다고 판단하면 면역세포에 자멸을 명령할 수도 있는데 리사 바이러스는 신경세포의 이 능력을 빼앗아 강력한 면역세포가 가까워지면 그것을 자멸시켜 버립니다.

바이러스가 뇌간에 도달하면 감염자는 죽음을 기다릴 뿐입니다.

사실 수년에 걸쳐 연구되었음에도 불구하고 리사 바이러스가 감염자를 죽이는 방법은 잘 알려져 있지 않습니다.

일반적인 바이러스 감염의 경우 빠르게 성장한 바이러스가 대량으로 세포를 죽이고 대규모 면역반응을 일으켜 인체에 손상을 줍니다. 그러나 광견병 환자의 뇌조직을 검사해도 손상은 거의 보이지 않으며 어떤 경우에는 전혀 손상이 없습니다.

현재 광견병은 뇌에서 뉴런의 커뮤니케이션을 혼란시켜 기능부전을 유발해 환자를 죽음에 이르게 하는 것으로 생각되고 있습니다.

광견병이 진행되면 혼란, 공격성, 마비 등의 증상이 나옵니다. 그리고 이번에는 신경을 역주행하여 뇌에서 타액선으로 향합니다. 리사 바이러스가 신경에서 뇌로 향하는 과정을 어떻게 역전시키고 있는지는 알 수 없습니다.

동물의 경우 광견병이 된 동물이 다른 동물에 물려 타액 중의 리사 바이러스가 물린 동물의 체내에 침입하여 감염이 퍼집니다. 그러나 인간이 다른 사람을 물어 광견병을 퍼뜨렸다는 사례는 지금까지 보고되지 않았습니다.

더욱 증상이 진행되면 환자는 뇌염을 발병하여 장기가 차례차례로 기능하지 않게 되어 혼수상태에 빠지고 마지막으로는 생명을 잃습니다. 효과적인 치료법은 없으며 광견병이 발생한 후 살아난 사람은 거의 없습니다.

에이즈는 치료법이 확립되고 있으며 매우 강한 감염력으로 맹위를 흔든 천연두도 근절되었지만 광견병은 치료법이 없고 근절되지 않았기 때문에 리사 바이러스는 바로 인류가 아는 바이러스 중 가장 치명적인 바이러스라고 말할 수 있습니다.

그런 광견병이지만 효과적인 대항수단이 있습니다. 그것은 백신입니다. 실은 광견병은 인류가 최초로 백신을 개발한 감염증의 하나라는 것. 백신이 있으면 리사 바이러스가 인체를 침범하는 대부분의 수법을 사전에 봉쇄할 수 있습니다. 게다가 리사 바이러스는 진행이 매우 느리기 때문에 감염된 동물에 물린 후 백신을 접종해도 발병을 예방할 수 있습니다.

광견병에 감염된 박쥐에 물린 경우 작아 상처가 경미해 발각이 지연되는 경우도 많기 때문에 물린 후에도 발병 전이라면 백신이 유효하다는 점은 매우 중요합니다.

수천 년간 인류를 두려움에 떨게 한 광견병은 현재에도 매년 6만 명이 목숨을 잃고 있으며 희생자의 절반은 아이입니다. 따라서 백신 기피의 풍조와 반대 백신 운동이 퍼지면 더 많은 사람이 이 무서운 질병의 희생양이 될 수 있습니다.

Kursgesagt는 “광견병은 지금도 야생동물과 함께 숲 속에 숨어 있는 몬스터이지만 어느 날 인류가 이 몬스터를 퇴치하고 다른 몬스터와 같은 신화 상 존재로 기억하게 될 날을 소원한다"고 정리했습니다.

인간의 몸을 구성하는 세포는 DNA를 설계도로 분열하여 새로운 세포가 만들어집니다. 세포의 수명은 보통 몇 주에서 몇 개월이고 긴 것도 수년이며 수명이 다 되면 분열하지 않게 되고 기능도 정지합니다. 그러나 여성 난자의 근원이 되는 난모세포는 수십 년 동안 난소에 보존되어 주기적으로 난자를 생산합니다. 어떻게 난모세포가 수십 년 동안 장수를 하는지에 대해 스페인의 연구기관인 Centre for Genomic Regulation이 논문을 발표했습니다.

Oocytes maintain ROS-free mitochondrial metabolism by suppressing complex I | Nature
https://doi.org/10.1038/s41586-022-04979-5

Human eggs remain healthy for decades by putt | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/958957?

Scientists untangle a long-standing mystery of female reproductive biology
https://www.inverse.com/mind-body/human-eggs-oocytes-aging-mystery

난모세포는 태아 시점에서 600만~700만 개 정도 만들어져 출생 시점에 100만~200만 개 정도까지 감소합니다. 그리고 사춘기를 맞이할 무렵에는 30만 개 정도까지 감소하며 새롭게 만들어지는 일은 없습니다. 체내에 있는 난모세포의 일부는 2회의 분열을 거쳐 23개의 염색체를 가지는 난자로 성숙하고 월 1회의 월경주기로 배출됩니다. 따라서 30만 개나 되는 난모세포 중 난자로 성숙하는 것은 불과 수백 개 정도입니다.

난모세포는 출생 후 새로 만들어지지 않기 때문에 개수가 제한되어 있습니다. 그러므로 연구를 위해서는 여성의 난소에서 귀중한 난모세포를 꺼내야 하기에 연구가 어렵습니다.

Centre for Genomic Regulation의 연구팀은 난소절제 수술을 받은 19세에서 34세 사이의 여성 난소와 마우스와 개구리 난소를 사용하여 연구를 수행했습니다. 그 결과 난모세포의 미토콘드리아가 다른 동물세포와는 다른 대사경로를 가진 것으로 나타났습니다.

미토콘드리아는 효소를 사용하여 당으로부터 에너지를 꺼내는 대사를 하는 세포내 소기관으로 대사의 마지막에 전자전달계라는 반응계를 작동시킵니다. 연구팀에 따르면 미토콘드리아의 전자전달계의 제1단계를 담당하는 '복합체 I'로 불리는 단백질과 효소세트가 난모세포에서는 거의 불활성이거나 존재하지 않는다는 것을 알았다고 합니다.

실은 이 복합체 I의 부산물로서 활성산소가 생성되는데 이 활성산소가 세포에 손상을 준다고 생각되고 있습니다. 연구팀은 난모세포에서 복합체 I에서의 대사가 일어나지 않는 것이 난모세포가 손상 없이 수십 년 동안 생존할 수 있다는 것을 시사한다고 보고 있습니다. 연구팀에 의하면 인간의 난모세포 이외에 복합체 I가 불활성 혹은 존재하지 않아 오랫동안 사는 것으로 알려진 세포는 기생식물인 겨우살이의 세포만이라고 합니다.

Centre for Genomic Regulation의 연구원으로 논문의 상급필자인 Elvan Böke 씨는 “미토콘드리아 복합체 I의 억제제는 지금까지 암치료에 제안되어 왔다"며 "이 억제제가 장래의 연구로 유망하다면 난모세포를 온존하면서 암세포를 표적으로 할 수 있을 가능성도 있다”고 말합니다. 또한 “여성 불임의 4명 중 1명은 설명이 힘든데 우리는 여성 생식에 대해 아직 많은 것을 이해하지 못하고 있습니다. 우리는 난모세포가 수십 년 동안 건강을 유지하기 위한 전략을 발견하고 왜 노인이 되면 난모세포의 전략이 실패하는지를 알아내고 싶다”고 향후 연구목표를 밝혔습니다.

시금치와 상추 등 식재료로 팔리고 있는 식물의 잎은 보통 먹을 수 있지만 길가에 자라는 풀이나 나무의 잎을 채취해 먹는 사람은 거의 없습니다. 왜 길가에 자라는 잔디는 먹을 수 없는지에 대해 해외 언론인 Urbo 씨가 식물학자인 애슐리 글렌 씨에게 물었습니다.

This Is Why You Can't Eat Just Any Leaf - Urbo
https://www.urbo.com/content/this-is-why-you-cant-eat-just-any-leaf/

식용 잎을 가진 식물은 1000종류 이상 존재하지만 그 중 인간이 자주 먹는 것은 6종류 정도밖에 존재하지 않습니다. 많은 식물을 먹을 수 있음에도 불구하고 대부분은 먹지 않는 이유에 대해 글렌 씨는 몇 가지 이유를 들었습니다.

인간은 진화 과정에서 도구와 약을 만들어 왔습니다. 이와 같이 식물도 진화 과정에서 독자적인 적응을 이루고 있다며 글렌 씨는 “식물은 움직이거나 잡거나 물거나 할 수 없기 때문에 커뮤니케이션 방법이나 초식동물에게 먹히는 상황을 저지하는 방법을 모색해 왔다”고 설명합니다.

또한 “식물은 영양분을 흡수하고 꽃가루 교배자를 끌어들이며 초식동물을 멀리하고 가뭄에 견딜 수 있도록 진화해야 합니다. 그런 목표를 달성하기 위해 화학물질을 생산해냈고 이것이 식물이 세계와 교류하는 유일한 방법”이라며 식물은 자신이 살아남기 위한 수단으로서 다양한 화학물질을 생산하도록 진화해 왔다고 글렌 씨는 말합니다.

식물이 생성하는 화학물질은 대략 1차 화합물과 2차 화합물로 분류할 수 있습니다. 이 중 1차 화합물은 식물의 구성요소인 세포벽이나 엽록소, 당류 등의 원료가 되는 것입니다. 그리고 이 1차 화합물 중에는 왜 인간이 길가에 자라는 풀은 먹을 수 없는지에 대한 명쾌하고 지루한 답이 있는데 그것이 바로 '셀룰로오스'입니다.

척추동물은 셀룰로오스를 소화할 수 없습니다. 적어도 단독으로 셀룰로오스를 소화하는 것은 불가능합니다. 그러므로 암소와 같은 반추동물은 한쪽 위에 박테리아를 기르고 잔디를 먹을 때 체내에 섭취하는 셀룰로오스를 분해합니다.

즉 잎에 많은 양의 셀룰로오스가 포함되어 있으면 인간은 이것을 먹을 수 없게 되는 것입니다. 셀룰로오스가 대량으로 함유된 잎의 예로서 Urbo 씨는 소나무 잎을 듭니다. 셀룰로오스와 같은 난소화성의 1차 화합물이 잎에 포함되는 경우 인간은 그 잎을 먹을 수 없게 되는 것입니다.

글렌 씨에 의하면 잎을 보다 위험한 것으로 바꾸는 것은 2차 화합물이라고 합니다. 식물이 존재하기 위해서 2차 화합물은 필요하지 않습니다. 그럼에도 불구하고 식물이 2차 화합물을 생성하는 이유는 의사소통을 하거나 자신을 먹을 수 있는 존재를 격퇴하거나 꽃가루 매개자나 종자 살포자를 끌어들이기 위해서입니다.

2차 화합물은 독이거나 곤충을 끌어들이기 위한 착색료 혹은 꿀 등 다양하고 이들 화합물은 일정량을 초과하면 독이 되고 그 이하라면 약효가 있는 물질들입니다. 어쨌든 유독한 식물은 쓴맛 등을 유발해 초식동물에게 자신은 유독이므로 먹어서는 안된다고 경계시키는 경향이 되는 모양.

이런 식물의 2차 화합물의 사용법에 대해 글렌 씨는 “우리는 식물의 생존전략의 결과로서 쓴 잎을 싫어하도록 진화해 왔습니다. 쓴맛을 좋아하는 인간도 있었을지도 모르지만 그런 사람은 유독물질을 섭취해 죽어 버렸을 것"이라고 보았습니다.

야생초 채취가이자 야생식품의 통신판매 사이트 Eat the Weeds의 운영자인 그린 딘 씨는 “어느 잎이 독을 가지고 있고 어느 잎을 먹을 수 있는지 알 수 있는 방법은 단지 전문지식을 익힐 수밖에 없습니다. 맛없어도 먹을 수 있는 잎과 맛있어도 먹을 수 없는 잎이 있습니다. 크기도, 연령도, 장소도, 동물이나 새의 기호도 모두 관계없습니다. 각각의 종의 각각의 가치관으로 파악할 필요가 있다”고 말합니다.

선진국에서는 공업적인 대규모 농업에 의한 하향식 재배시스템이 보급되어 사람들로부터 먹을 수 있는 잎에 관한 전문지식을 결락시켜 갔다고도 딘 씨는 지적합니다. 딘 씨는 “전문가가 필요한데, 그 전문가가 없어지고 있는 것이 대부분의 잎을 먹을 수 없게 된 큰 이유”라고 말합니다.

최근에는 식량의 가격상승이 문제가 되고 있지만 취약한 식량공급을 해결하기 위해 먹을 수 있는 식물을 스스로 재배하는 것도 수단의 하나라고 Eat Your Greens: The Surprising Power of Homegrown Leaf Crops의 저자인 Dave Kennedy 씨는 제안했습니다. 자가재배할 때의 요령으로서는 단일 식물을 키우는 것만으로는 섭취하는 영양소의 폭이 좁아져 농약이나 화학비료의 사용으로 이어지기 때문에 다양한 작물을 키워 보는 것이 좋다고 권합니다.