자유시간

새우의 동료인 딱총새우(Snapping shrimp)는 집게를 부딪쳐 플라즈마 충격파를 발사하는 능력이 있고 그 충격파로 먹이를 무력화해 포식합니다. 그런 강력한 충격파로부터 딱총새우가 자신을 방어하고 있는 메카니즘이 새로운 연구에서 밝혀졌습니다.

Snapping shrimp have helmets that protect their brains by dampening shock waves: Current Biology
https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01004-1

Snapping shrimp orbital hood protects against shockwave blasts
https://phys.org/news/2022-07-snapping-shrimp-orbital-hood-shockwave.html

딱총새우의 충격파는 먹이의 행동을 멈추거나 죽음에 이르게 할 정도로 강력한 것으로 알려져 있습니다. 실제로 딱총새우가 충격파를 발생시키는 순간을 아래 영상의 3분 23초 즈음에서 확인할 수 있습니다.

4000℃を超える衝撃波を放つエビにエサを与えると… - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=G6SikVPUZ7s?t=203

딱총새우의 충격파는 매우 강력하나 자신과 주변의 딱총새우에 영향을 주거나 모습은 관찰되지 않아 딱총새우가 어떠한 방법으로 충격파의 영향을 억제하고 있다고 생각되어 왔습니다. 이에 사우스캐롤라이나대학의 연구팀은 60마리의 딱총새우로 실험을 했습니다.

딱총새우의 눈 주위에는 눈을 덮는 헬멧 모양의 기관이 존재하고 있습니다. 연구팀은 딱총새우에서 헬멧 모양의 기관을 잘라내 행동의 변화를 관찰했다. 그 결과 먹이를 포식할 때 이외의 평상시의 행동에는 변화가 없었지만 먹이를 포식하기 위해서 충격파를 발생시켰을 때에 빙빙 돌거나 움직이지 않게 된다는 특수한 반응이 관찰되었습니다. 게다가 둥지 구멍으로 돌아올 때 길을 헤매는 움직임을 보였다는 것.

또한 헬멧 모양의 기관을 자세히 분석한 결과 기관의 안쪽은 바깥쪽에 비해 수압이 높았고 헬멧 모양의 기관에는 미세한 구멍이 비어있어 충격을 받았을 때 구멍에서 물을 배출하여 충격을 완화시키는 것으로 밝혀졌습니다. 이러한 결과에 연구팀은 “딱총새우는 눈을 덮는 헬멧 모양의 기관으로 충격파를 받아들이고 있다”는 결론을 내리며 “충격파로부터 머리와 눈을 보호하는 생물학적 장갑시스템을 발견한 최초의 연구”라고 평가했습니다.

인간을 포함한 많은 동물은 생물학적으로 수컷과 암컷이라는 2가지의 성별을 가지고 있다고 여기지만, 4가지의 성별을 가진 새도 존재하는 등 자연계의 성별은 다양한데 새로운 연구에서는 북반구에서 일반적으로 서식하는 버섯이 무려 '1만 7000개 이상의 성별'을 가지고 있을 가능성을 보였습니다.

Large-scale fungal strain sequencing unravels the molecular diversity in mating loci maintained by long-term balancing selection | PLOS Genetics
https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010097

This Fungus Has More Than 17,000 Sexes | The Scientist Magazine®
https://www.the-scientist.com/news-opinion/this-fungus-has-more-than-17-000-sexes-69930

자연계에 존재하는 성별은 수컷과 암컷이라는 2종류뿐만 아니고 특히 버섯이나 곰팡이 등의 진균류에는 수천~수만의 생물학적 성별이 있다는 가설도 존재하는 등 매우 작은 곰팡이의 성별을 조사하는 것은 매우 어려웠기 때문에 진위는 밝혀지지 않았습니다. 그러나 최근에는 미생물의 DNA 시퀀싱 기술이 급속히 진보해 이런 종류의 연구가 실행 가능해지고 있다는 것.

그래서 노르웨이에 위치한 오슬로대학의 연구팀은 북반구의 시원한 지역에서 일반적으로 보이는 Trichaptum속이라는 버섯을 대상으로 얼마나 성별이 존재하는지를 확인하는 실험을 실시했습니다. Trichaptum속은 나무나 통나무를 따라 판상으로 자라는 버섯의 일종이며 실험실에서 생육하는 것이 비교적 용이하기 때문에 선택되었다고 합니다. 오슬로대학의 곰팡이생물학자인 Inger Skrede 씨는 "Trichaptum속은 화려한 버섯이 아니다"라고 말합니다.

연구팀은 Trichaptum속의 3종의 버섯에 대해서 전세계로부터 180개의 샘플을 수집하고 각 균주로부터 포자를 채취해 한천 플레이트상에서 배양했습니다. 몇 주 정도 성장한 후 DNA를 분석하여 다른 표본에서 성장한 포자와 쌍을 만들어 교배할 수 있는지 조사했습니다.

과거의 연구로부터 버섯의 성별이 'MATA'와 'MATB'라는 2가지의 게놈영역에서 제어되고 있다는 사실이 알려져 있는데, 이들 영역에 많은 대립유전자를 갖고 있다는 것이 시사되고 있었다고 합니다. 연구팀은 MATA와 MATB 중 어느 부분이 성결정에 중요한지를 정확하게 파악하고 두 영역에서 관련 돌연변이의 수를 조사했습니다. 그 결과 Trichaptum속에는 무려 1만 7550개의 대립유전자의 조합이 있어 같은 수만큼 성별도 존재할 가능성이 있는 것으로 판명되었습니다.

도대체 왜 버섯에 이렇게 많은 성별이 존재하는지는 불분명하지만 논문의 공동저자인 오슬로대학의 유전학자 David Peris 씨는 "버섯의 특정의 장소에 머물고 번식한다는 라이프 스타일과 관계가 있을지도 모른다"고 추정했습니다.

예를 들어 버섯의 성별이 수컷과 암컷만인 경우 같은 포자가 방출되어 인접한 포자가 같은 성별일 가능성이 높아져 교배할 수 없는 가능성이 높아집니다. 그 때문에 성별이 많이 있을수록 인접한 포자와 교배할 수 있는 확률이 높아져 종이 살아남는데 유리하게 된다는 것. 또 같은 버섯에서 방출되는 포자의 유전적 다양성이 있어서 근친교배에 의한 단점도 피하기 쉬워지는 것 외에도 다양한 대립유전자가 있는 편이 환경의 변화에 적합하기 쉬워집니다.

이번 연구에 관여하고 있지 않은 네덜란드의 바게닝겐대학의 진화생물학자인 Duur Aanen 씨는 "이렇게 극단적인 다양성을 가지는 메리트는 무엇인가?"라는 큰 의문이 남아 있다며 “대립유전자가 100개 있는 것만으로도 상당한 환경에 적합한데 101번째 대립유전자의 장점은 무엇일까?”라고 질문했습니다.

거북이는 매우 오래 사는 동물로 알려져 있으며 남태평양의 세인트헬레나 섬에서 사육되고 있는 '조나단'이라는 이름의 코끼리거북이는 2020년에 190세 생일을 맞이했습니다. 그런 거북의 수명과 노화에 관하여 과학지 Science에 게재된 두 논문은 '거북이는 노화속도가 현저히 느리고 나이를 먹어도 사망률이 오르지 않는다'는 연구결과를 보고했습니다.

Diverse aging rates in ectothermic tetrapods provide insights for the evolution of aging and longevity
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0151

Slow and negligible senescence among testudines challenges evolutionary theories of senescence
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl7811

Scientists find species that don’t seem to age. What does it mean for humans? | Live Science
https://www.livescience.com/turtles-dont-age

동물의 노화에 대해 생각하기 위해서는 '죽음은 피할 수 없지만 노화는 반드시 그렇지 않을 수도 있다'는 점을 이해해야 합니다. 노화란 생물이 나이가 들수록 약체화하는 과정으로 예를 들어 인간은 노화와 함께 면역계나 뼈가 쇠퇴해 가고 통계적인 사망률이 높아진다는 것. 미 사회보장국의 조사에 따르면 미국에 사는 50세 남성이 다음 해 사망할 확률은 0.48%로 80세가 되면 5.6%, 100세가 되면 34.8%로 증가합니다. 즉 인간은 나이가 들수록 노화하고 사망할 가능성이 커진다는 것입니다.

한편 자연계 중에서도 거북이는 매우 오래 사는 것으로 알려져 있으며 성숙한 거북은 고장이 난 세포를 죽이는 능력이나 DNA 손상에 대한 내성이 우수하다는 연구결과도 보고되었습니다. 그래서 당시 남덴마크대학에 재적하고 있던 생물학자인 Rita de Silva 씨가 이끄는 연구팀은 동물원이나 수족관 등 다양한 동물종의 사육데이터를 축적하는 Species360 을 이용하여 52종의 거북이에 대해 연령 그리고 사망률에 대해 분석했습니다.

그 결과 분석한 종 중 그리스거북이나 알다브라거북이를 포함한 75%가 노화율이 제로 또는 거의 무시할 수 있는 정도인 것으로 나타났습니다. 즉 많은 거북이는 연령과 함께 사망률이 높아지지 않고 평균 연령이 높아지기 쉬웠습니다.

또 다른 연구팀이 실시한 야생 개체군을 대상으로 한 연구에서는 개구리·악어·도마뱀·거북이 등의 종과 기타 항온동물의 노화율을 비교했습니다. 전 세계의 연구자가 태그를 붙인 야생 개체군의 데이터를 모아 분석한 결과 거북이는 눈에 띄게 장수하고 노화가 느린 것으로 나타났습니다.

논문의 공동저자인 펜실베니아 주립대학의 데이비드 밀러 씨는 “우리는 거북이가 장수하고 노화도 매우 느리다는 매우 일관된 패턴이 있다는 것을 발견했다”고 말합니다. 연구팀은 당초 노화에는 변온동물과 항온동물의 차이가 영향을 준다고 가정했지만 노화의 속도와 변온동물 여부에 관계는 보이지 않았다고 합니다.

그래서 연구팀이 다양한 조건에 대해 조사한 결과 더운 기후는 벌레류의 노화율을 증가시키고 양서류에서는 감소시킨다는 점과 장생한 변온동물일수록 성적성숙이 느리다는 결과가 나타났습니다. 또 가장 흥미로운 발견으로 꼽히고 있는 것은 가장 노화가 느린 변온동물은 포식자로부터 자신을 보호하는 견고한 방어기구를 가지고 있다는 점입니다.

예를 들어 거북이는 딱딱한 등껍질이 있기 때문에 외적에 의한 사망률은 이러한 보호기구가 없는 동물에 비해 낮아집니다. 미러 씨는 거북이의 경우 이런 보호 효과 덕분에 노화에 대한 세포적인 보호기구가 유효하게 될 때까지 살아남을 수 있었을 것으로 추정했습니다.

미러 씨는 인간과 사육되고 있는 거북이는 식량이나 은신처로의 액세스가 용이하고 아늑한 환경에서 살고 있다는 유사점이 있다며 인간은 확실히 평균적인 거북이보다 빠르게 노화하지만 다른 많은 종보다 노화속도가 낮다고 설명합니다. 연구자들은 거북이의 생물학적 연구를 진행함으로써 인간의 노화방지의 열쇠가 밝혀질 수 있다고 기대합니다.

또한 매우 오래 살아있는 동물조차도 어느 시점에서 노화가 가속될 가능성도 있습니다. 예를 들어 세계 최고령의 거북이인 조나단은 더 이상 볼 수 없고 냄새를 맡을 수 없어 인간이 손으로 먹이를 주지 않으면 살 수 없는 상태로 확실히 노화의 영향을 받고 있다는 합니다.

세포나 박테리아라고 하면 고정밀도의 현미경을 통해 보이는 것으로 생각하는데 그런 상식을 뒤집는 육안으로 보일 정도로 큰 박테리아가 발견되었습니다. 알려진 거대 박테리아의 50배가 넘는 크기로 단세포의 박테리아로서는 과거 최대인 이 발견에 과학자는 박테리아의 세포라는 개념에 의문을 던지는 것이라고 보았습니다.

A centimeter-long bacterium with DNA contained in metabolically active, membrane-bound organelles
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb3634

Giant Bacteria – 5,000 Times Bigger Than Normal – Discovered in Guadeloupe Mangroves
https://scitechdaily.com/giant-bacteria-5000-times-bigger-than-normal-discovered-in-guadeloupe-mangroves/

Government Scientists Discover Biggest Bacteria Ever, Visible to Naked Eye
https://www.vice.com/en/article/epz4ye/government-scientists-discover-biggest-bacteria-ever-visible-to-naked-eye

미국의 로렌스버클리국립연구소의 생물학자인 장마리 볼랜드 씨 연구팀은 길이 1센티 이상에 달하는 단세포 박테리아인 Candidatus Thiomargarita magnifica를 발견한 사실을 과학지 Science에 보고했습니다. 덧붙여 Candidatus는 아직 배양에 성공하지 않은 단세포 생물에 잠정적으로 주어지는 호칭으로 Thiomargarita는 티오마가리타속의 박테리아를 나타내고 magnnifica는 라틴어로 장대를 의미합니다.

대부분의 박테리아는 직경 2미크론(1 미크론은 1000분의 1 밀리) 정도로 최대 크기인 녀석도 750미크론 정도인 반면 Thiomargarita magnifica는 평균적인 길이가 9000미크론, 즉 9밀리하는 것.

알려진 거대 박테리아의 50배 이상으로 육안으로 볼 수도 있는 이 박테리아에 대해서 볼랜드 씨는 “일반적 박테리아의 수천 배의 크기로 인간으로 치면 에베레스트산 크기"라고 설명했습니다.

아래의 동영상을 재생하면 육안으로도 보이는 Thiomargarita magnifica의 모습을 볼 수 있습니다.

Giant Bacteria Discovered in the Mangroves - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=fyz7wbytk2Q

Thiomargarita magnifica는 카리브해의 소앤틸리스 제도에 위치한 과들루프에 서식하는 빨간 맹그로브의 잎에서 채취되었습니다. 흰 머리카락과 같은 것이 Thiomargarita magnifica이며 긴 것은 1cm를 초과할 수 있다는 것.

직경 약 1.8센치의 10센트 동전과 비교하면 이런 느낌.

사실 Thiomargarita magnifica 자체는 과들루프에 위치한 안티유대학의 생물학자인 Olivier Gros 씨가 2009년에 발견한 것입니다. 그러나 너무 크고 유전자를 감싸는 막과 같은 구조를 가지고 있었기 때문에 동물이나 식물 등의 복잡한 다세포 생물이 속하는 진핵생물이라고 생각되었다고 합니다. 그러나 이후의 상세한 연구에서 실제로는 원핵생물이라는 것을 밝혀냈고 Thiomargarita magnifica는 하나의 거대한 단세포 생물이라고 결론났습니다.

원핵생물에서는 일반적으로 유전자가 세포에 그대로 존재합니다. 그러나 Thiomargarita magnifica는 연구팀이 페핀이라고 명명한 막으로 일반적 박테리아의 3배나 많은 유전자를 분산해 보호하고 있었다고 합니다.

볼랜드 씨는 “이런 특징으로 Thiomargarita magnifica는 비정상적인 크기로 성장하고 그 과정에서 문제가 되는 물리적·에너지적인 제약을 회피했을 것”이라고 추정했습니다.

많은 인간의 얼굴에는 '여드름진드기'라 불리는 진드기가 기생하고 있습니다. 이 여드름진드기는 인간의 피부 위에서 일생을 보내는데 너무 고립된 환경에서 세대교체가 이루어진 영향으로 유전정보가 인간과 공생하는 방향으로 변화하고 있다는 연구결과가 보고되었습니다.

Human follicular mites: Ectoparasites becoming symbionts | Molecular Biology and Evolution | Oxford Academic
https://doi.org/10.1093/molbev/msac125

The secret lives of mites in the skin of our faces
https://phys.org/news/2022-06-secret-mites-skin.html

여드름진드기는 포유류의 피부에 기생하는 진드기로 인간의 경우에는 특히 얼굴에 많이 기생하고 탄생과 동시에 인간의 모공 안쪽에 기생하며 모공에서 방출된 피지를 영양원으로 삼아 살아갑니다. 여드름진드기는 야간에 생식활동을 하고 새로 태어난 여드름진드기도 인간의 모공 안쪽에 기생합니다.

여드름진드기는 모공 안쪽에 기생하여 일생을 마치기 때문에 외적의 영향을 많이 받지 않습니다. 이 때문에 여드름진드기는 외적으로부터의 방어를 도외시한 방향으로 진화하고 있을 것으로 추측되었습니다. 그런 여드름진드기의 DNA를 상세하게 분석한 결과 다음과 같은 특징이 밝혀졌습니다.

· 여드름진드기의 다리는 불과 3개의 근세포로 움직인다
· 여드름진드기의 몸을 구성하는 단백질의 종류는 유사한 생물 중 가장 적다
· 여드름진드기는 햇빛에 따라 깨어나
는 유전자가 누락된다
· 인간이 야간에 분비하는 멜라토닌을 이용하여 야간에 생식활동을 활발하게 전개시키고 있다

일반적으로 기생충은 발생 초기에 세포수를 감소시키지만 여드름진드기는 발생 초기가 성충기보다 세포수가 많은 것으로 확인되었습니다. 이러한 연구결과에 연구팀은 "여드름진드기는 기생생물에서 공생생물로 변화하고 있다"고 보았습니다.

게다가 지금까지 여드름진드기는 항문이 존재하지 않기 때문에 노폐물이 체내에 축적되어 숙주의 피부에 염증을 일으킨다고 알려졌었지만 상세한 분석결과 여드름진드기에 항문이 존재하는 것으로 밝혀져 피부의 염증에 미치는 영향이 적은 것으로 나타났습니다. 연구팀의 일원인 헵크 브라이그 씨는 “여드름진드기는 많은 비난을 받아 왔지만 기나긴 공생이 유익한 역할을 발현시켰을 가능성이 있다"고 추정했습니다.

문어는 지능이 높고 체색을 바꾸거나 손발을 재생시켜 외적으로부터 몸을 지키는 생존전략을 가지고 있습니다. 그러나 문어의 암컷은 알을 낳은 후에 단식하고 쇠약해져 알이 부화할 무렵에는 죽어버리는 것으로도 잘 알려져 있습니다. 자기방위 의식이 높은 문어 암컷이 알을 낳은 후에 죽어버리는 현상을 시카고대학, 워싱턴대학, 일리노이대학 시카고교 연구팀이 규명해냈습니다.

Steroid hormones of the octopus self-destruct system: Current Biology
https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.04.043

Changes in cholesterol production lead to tra | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/952033

연구팀에 따르면 알을 낳은 후에 쇠약사하는 문어의 모성행동은 '시신경선'이라 불리는 포유류의 뇌하수체를 닮은 기관에 원인이 있는데 모체 문어의 시신경선이 콜레스테롤의 대사에 큰 변화를 가져오고 그 결과 생성되는 스테로이드 호르몬에 큰 변화가 생긴다는 것.

1977년에 브란다이스대학의 심리학자인 제롬 워덴스키 씨는 카리브해에서 채취한 문어의 모체로부터 시신경선을 제거하면 알을 지키는 행위를 포기하고 섭식행동을 재개해 몇 개월간 살아가는 모습을 관찰했습니다. 이것을 근거로 모체 문어는 시신경선으로부터 분비되는 호르몬의 영향으로 먹이를 포식하지 않게 되어 쇠약사해져 버린다고 보았지만 그 호르몬이 어떤 것이고 어떻게 작용하는지는 불분명했습니다.

이번 논문의 필두저자인 워싱턴대학 생물학부 양원 조교수는 대학원생 시절에 시카고대학에서 신경생물학을 연구하는 클리프톤 럭스데일 교수와 함께 Octopus bimaculoides의 RNA transcriptome의 서열을 해독했습니다. RNA transcriptome sequence를 분석하면 시신경선의 모든 유전자 전사산물을 밝혀내 세포 내에서의 유전자의 발현을 파악할 수 있습니다. 그리고 문어가 단식을 시작하면 콜레스테롤의 대사나 스테로이드의 생산을 실시하는 유전자의 활성이 높아지는 것으로 판명되었습니다. 그리고 양원 조교수는 이번 연구에서 생식 후 문어의 체내에서 스테로이드 호르몬의 증가에 관여하는 3개의 경로를 발견했습니다. 그 중 하나는 프로게스테론과 프레그네놀론이라는 임신과 관련된 두 개의 스테로이드 호르몬을 생성하는 것이고 다른 하나는 모태 호르몬과 담즙산의 중간성분을 생성하는 경로, 나머지 하나는 콜레스테롤의 전구체인 7-데하이드로콜레스테롤을 생성하는 것이었습니다. 그리고 알을 낳은 암컷 문어의 시신경선이 크게 변화하여 프로게스테론과 프레그네놀론, 7-데하이드로콜레스테롤 등이 평소보다 많이 생성되는 것으로 밝혀졌습니다.

인간의 유전병 중 하나인 스미스-렘리-오피츠 증후군(Smith Lemli Opitz Syndrome)은 7-데히드로콜레스테롤을 콜레스테롤로 환원하는 효소의 유전자가 변이하여 콜레스테롤 생산의 저하로 발생하는 증후군입니다. 이 스미스-렘리-오피츠 증후군에서 보이는 증상에는 '자상행위를 반복한다'가 있는데 알을 낳은 암컷 문어의 행동을 상기시킨다고 연구팀은 말합니다.

사람을 포함한 다른 동물에서도 콜레스테롤의 대사가 변화하면 수명과 행동에 큰 영향을 미치므로, 연구팀은 콜레스테롤 생산과정의 저해가 다른 동물과 마찬가지로 알을 낳은 암컷 문어의 행동에 큰 영향을 미칠 가능성을 제시합니다.

양원 조교수는 “콜레스테롤이 다이어트 관점에서부터 신체의 다양한 신호전달 시스템에서 중요하다는 것을 알았습니다.
콜레스테롤은 세포막의 유연성부터 스트레스 호르몬의 생성에 이르기까지 모든 것에 관여하고 있는데 이 라이프사이클 과정에도 관여한다는 사실은 큰 놀라움"이라고 설명했습니다.

인간은 지구환경을 크게 변화시키고 있으며 수많은 생물을 멸종으로 몰고 있다고 지적되고 있습니다. 클로버라는 호칭으로 잘 알려진 토끼풀을 대상으로 한 새로운 연구결과는 인간이 생물을 멸종시키고 있을 뿐만 아니라 생물의 진화를 추진하는 큰 원동력이 되고 있다는 것을 보여주었습니다.

Global urban environmental change drives adaptation in white clover
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abk0989

New, clearest evidence yet that humans are a | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/946241

A New Study Has Identified a Dominant Force Driving Evolution on Earth Today
https://www.sciencealert.com/we-humans-are-now-a-dominant-force-driving-evolution-on-earth

토론토대학 미시소거교의 연구자가 이끄는 국제적인 연구팀 Global Urban Evolution Project(GLUE)는 일본을 포함한 세계 26개국의 160개 도시와 그 근교에서 토끼풀의 샘플을 11만 개 이상 채취하여 인간에 의한 도시화가 지역과 기후대를 넘은 지구규모로 어떤 진화를 촉진했는지를 분석했습니다. 토끼풀은 유럽과 서아시아를 원산으로 하는 식물이지만 현대에서는 지구상의 거의 모든 도시에서 볼 수 있기 때문에 도시환경이 진화에 미치는 영향을 조사하는데 유용하다는 것.

시료를 분석한 결과 도시에서 자라는 토끼풀은 가까이에 있는 농지와 숲에서 보이는 것보다 멀리 떨어진 도시에서 자라는 토끼풀과 더 비슷하다는 것이 밝혀졌습니다. 도시가 초래하는 유사성은 기후 영향보다 강하며 예를 들어 토론토의 도시지역에서 자라는 토끼풀은 주변의 숲에서 태어난 개체보다 도쿄 도시지역에서 자라는 토끼풀과 더 비슷했습니다.

과학계 미디어의 Science Alert는 별도의 집단이 다른 장소에 존재하는 같은 선택압이 특정 형질의 변화를 촉진하는 것에 의한 병행적인 적응진화의 일례라며 인간이 만들어낸 도시라는 환경이 가져오는 선택압이 집단적 유전학이나 기후와 같은 요인보다 강한 영향을 진화에 미치고 있다는 것입니다.

토론토대학 미시소거교의 진화생물학자인 마크 존슨은 “이 규모의 진화에 관한 현장연구와 도시화가 진화에 어떤 영향을 미치는지에 대한 전 세계적인 연구는 전혀 없었다"며 "우리는 이것이 지구 규모이고 종종 유사한 방식으로 일어난다는 것을 밝혔다"고 말합니다.

연구팀은 도시부에서 자라는 토끼풀와 농촌에서 자라는 토끼풀의 다른 점으로 시안화수소의 분비량을 지적합니다. 토끼풀은 초식동물로부터 몸을 지키거나 가뭄에 대응하기 위해 시안화수소를 분비하지만 가장 도시로부터 먼 농촌에서 자라는 토끼풀에서는 도시지역의 토끼풀보다 시안화수소의 분비량이 44% 적었다고 연구팀은 보고했습니다.

공동연구팀을 이끌었던 토론토대학 미시소거교의 박사과정 중인 James Santangelo는 “우리는 오랫동안 도시를 상당히 변화시켜 환경과 생태계를 극적으로 바꿨다는 것을 알고 있다. 그러나 이번 연구는 비슷한 일이 종종 세계적인 규모로 비슷한 방식으로 일어난다는 것을 보여주었다"고 말합니다.

이번 프로젝트를 공동으로 이끌었던 토론토대학 미시소거교의 롭 네스 조교는 “도시는 사람이 사는 곳이며 이번 연구는 우리가 그 안에서 생물의 진화를 바꾸고 있다는 가장 설득력 있는 하나의 증거"라며 생태학자와 진화생물학자라는 틀을 넘어서서 이것은 사회에 중요한 의미를 가질 것이라고 평가했습니다.

또한 과거의 연구에서도 콘크리트로 만들어진 고속도로의 다리 주변에 서식하는 제비의 날개가 짧아졌다거나 새우의 울기 시작하는 시간이 인간의 생활리듬에 맞추어 빨라졌다 등의 변화가 확인되었으며 도시부의 포유류는 더욱 야행성이 되고 있다는 연구결과도 보고되었습니다.

Darwin comes to town: how cities are creating new species | Cities | The Guardian
https://www.theguardian.com/cities/2018/jul/23/darwin-comes-to-town-how-cities-are-creating-new-species

동물의 색상과 패턴은 자기 무리가 쉽게 식별할 수 있게 하거나 육식동물에게 독성이 있다고 경고하는 등 다양한 목적이 있습니다. 매복하고 먹이를 잡는 동물은 먹잇감에 보이지 않게 자신을 숨기는 것이 중요할텐데, 호랑이는 오렌지색과 검은색 줄무늬라는 확연히 눈에 띄는 외형입니다. 왜 호랑이가 이런 외형인지에 대해 과학계 뉴스사이트 Live Science가 설명했습니다.

Why are tigers orange? | Live Science
https://www.livescience.com/why-are-tigers-orange

인간이 색을 지각하는 원리는 파랑, 녹색, 빨강이라는 3색을 지각할 수 있기 때문입니다. 물건을 본다는 것은 물건에 닿은 빛이 눈에 들어와 안구의 안쪽에 있는 망막에 닿는다는 것을 의미합니다. 망막에는 간체세포와 추체세포가 있고 이 중 추체세포가 내포하는 색소에 따라 파랑, 녹색, 빨강을 지각하는 것입니다. 이와 같이 3색을 지각할 수 있는 3색각을 가지고 있는 동물은 인간이나 유인원 그리고 일부의 원숭이뿐이라고 합니다.

개나 고양이, 말, 사슴 등 대부분의 육상 포유류는 망막상에 파랑과 녹색을 지각하는 추체세포만 존재하는 2색각이라고 알려져 있습니다. Live Science는 개나 고양이의 시야는 색각장애로 빨강과 녹색의 구별이 어려운 상태에 가까워 호랑이의 체색인 오렌지색은 초식동물의 관점에서 보면 녹색과 구별이 어렵습니다.

그렇다면 왜 호랑이는 녹색이 아닌 오렌지색 모피를 갖게 되었느냐는 의문에 대해 영국의 브리스톨대학(University of Bristol) 수의학부의 강사인 존 페넬 씨는 “동물의 생체분자 구조상 갈색이나 오렌지를 만드는 것이 녹색을 만드는 것보다 간단하기 때문”이라고 설명했습니다. 포유류에서 녹색의 체색을 가지는 종은 나무늘보뿐인데 그 녹색도 선천적인 것이 아닌 털 안에 조류가 번식하고 있기 때문이라는 것. 즉 녹색 모피를 가진 포유류는 이 세상에 존재하지 않는다고 페넬 씨는 설명합니다.

또한 페넬 씨는 “초식동물이 생존전략으로 시각인식을 향상시킬 수도 있었을 것입니다. 그러나 말과 사슴은 그러한 진화적인 압력을 가하지 않았습니다. 호랑이도 2색각이어서 자신이 오렌지색이라는 사실을 모릅니다. 그래서 색각에 대해서는 진화의 군확경쟁이 발생하지 않았습니다. 즉 호랑이는 정글환경에서 위장시스템을 갖도록 진화해 온 것입니다.

과거의 연구에서는 1초간의 사람의 뇌활동이 최신 슈퍼컴퓨터의 40분에 필적하는 등 뇌는 매우 고도로 복잡한 정보처리를 하고 있는 것으로 밝혀졌습니다. 새로운 연구에서는 뇌에 들어오는 정보 대부분을 차지하는 시각정보가 효율적으로 처리되고 있는 원리에 대해 뇌가 '실시간 시각정보가 아니라 지난 15초간의 영상의 집약'을 보고 있다'는 것을 밝혀냈습니다.

Illusion of visual stability through active perceptual serial dependence
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk2480

Everything we see is a mash-up of the brain's last 15 seconds of visual information
https://theconversation.com/everything-we-see-is-a-mash-up-of-the-brains-last-15-seconds-of-visual-information-175577

사람의 눈에는 끊임없이 색과 모양이 변화하는 세계의 영상이 유입되며 눈이나 머리의 미묘한 움직임에도 영상은 크게 변화합니다. 스코틀랜드에 위치한 애버딘대학의 심리학자인 마우로 나시 조교수와 캘리포니아대학 버클리교의 데이비드 휘트니 교수는 뇌에 들어오는 영상이 얼마나 변덕스럽게 변화하는지를 아래의 동영상으로 보여주었습니다.

Visual (In)stability - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=Lub3lsJdko0

이 영상은 오른쪽에 사람의 눈이 보고 있는 장소를 하얀 원으로 나타내고 왼쪽에 그 부분의 영상을 표시한 것. 재생해 보면 안구의 세세한 움직임으로 인해 시각정보가 매우 크게 변화하고 있는 것을 알 수 있습니다. 게다가 오른쪽의 사진은 어디까지나 정지화이므로 사람의 뇌가 항상 변화하고 있는 세계로부터 받는 정보는 더욱 방대할 것입니다.

이렇게 엄청난 영상정보를 처리하고 있음에도 불구하고 사람의 뇌가 보고 있는 영상은 매끄럽습니다. 이처럼 뇌가 안정된 영상을 만들어내는 원리를 알아보기 위해 나시 씨는 인터넷을 통해 모집한 약 100명의 피실험자를 대상으로 시간의 경과에 변화하는 영상을 보여주는 실험을 했습니다.

An Illusion of Stability - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=cLqVwvdOzuk

영상이 시작되면 아이 얼굴이 2개 표시되고 '이것은 쌍둥이의 얼굴로 나이도 같다'고 안내됩니다. 헤어스타일 등이 나이를 추측하는 단서가 되지 않도록 영상에는 얼굴의 중심부만이 사용되었습니다.

그 다음 오른쪽의 얼굴을 숨겨지고 왼쪽의 얼굴을 계속 보도록 요청받습니다. 그리고 약 30초 경과 후 왼쪽 아이의 얼굴이 몇 살로 보이는지 대답을 받았습니다.

사실 왼쪽의 얼굴은 30초 동안 조금씩 성장해 완전히 다른 얼굴이 됩니다.

이 실험의 결과 피실험자가 대답한 얼굴의 연령은 30초가 경과한 시점의 얼굴이 아닌 10~15초 전의 조금 젊은 얼굴의 연령이었습니다. 이는 뇌가 실시간으로 영상정보를 처리하고 있는 것이 아니라 과거 15초간에 본 영상을 평균화한 것을 보고 있다는 것을 의미하고 있다는 것. 지금까지의 연구에서도 뇌가 보고 있는 것은 과거 15초간의 집대성이라는 것이 알려져 있는데 이번 연구에서 물리적으로 변화하는 물체가 과거의 지각에 끌려 변화가 없는 것처럼 보인다는 새로운 영상처리의 메카니즘이 밝혀졌습니다.

이 결과에 대해 나시 씨는 “뇌의 갱신시간은 15초이므로 우리는 최신의 영상을 보고 있는 것이 아니라 이전의 영상을 보고 있다는 것이 됩니다. 요컨대 시간을 들여 영상을 평균화함으로써 지각을 안정시키고 있다는 의미로 이것은 단지 15초마다 영상을 하나로 통합하여 일상생활의 풍경을 효율적으로 처리할 수 있도록 해주는 앱이 깔린 것과 유사합니다. 우리의 뇌가 항상 실시간으로 정보를 처리하고 있다면 우리의 세계는 빛과 그림자와 움직임이 끊임없이 변화하는 혼란스러운 광경이 되어 버릴 것"이라고 설명했습니다.

과거의 영상을 재이용하면서 효율적으로 시각정보를 처리하는 구조에는 부작용도 있습니다. 영화의 장면마다 배우와 스턴트맨이 바뀌어도 눈치채지 못하는 정도의 단점이라면 문제없지만 방사선과 의사가 수백 장의 X선 사진을 차례차례 조사할 때 보고 있는 사진과 앞의 사진이 뒤섞여버리면 종양 등의 이상을 놓칠 우려도 있습니다.

이런 점에서 나시 씨는 “시각시스템의 리프레시 레이트의 지연은 우리의 눈을 과거로 향하게 하기 때문에 변화를 깨닫지 못할 수도 있습니다. 이 구조는 세계를 연속성 있는 안정된 것으로 인식하는 데 도움이 되지만 동시에 우리가 날마다 하고 있는 판단은 현재가 아닌 과거에 강하게 의존하고 있다는 점을 잊어서는 안 될 것”이라고 경고했습니다.

극한의 환경에 강풍이 휘몰아치는 남극대륙은 벌레 한 마리 살 수 없는 장소라고 생각될지도 모릅니다. 그런데 3,000만 년이나 전부터 서식하고 있는 곤충이 있습니다. 몸길이가 불과 5㎜면서 남극대륙 최대 크기의 육상생물이기도 합니다. YouTube의 과학채널 'SciShow'가 극한의 대지에서 사는 쿨한 곤충의 생태를 소개했습니다.

The Insect That Thrives in Antarctica
https://www.youtube.com/watch?v=SeeNyOAcviI

날개가 없는 파리의 일종인 남극깔따구(Belgica antarctica)는 지구 상에서 가장 극한의 한랭지인 남극에 서식하는 유일한 곤충입니다. 남극에서 살아남기는 쉽지 않지만 다양한 방법으로 극한의 대륙에서 잘 살아남고 있습니다.

일반적으로 남극은 서식지로서는 최악입니다. 평균 기온은 빙점 아래를 훨씬 밑돌아 차갑고 건조한 강풍으로 인해 순식간에 말라 버립니다. 파충류와 같은 냉혈동물이며 살기 위해서는 외기의 따뜻함을 필요로 하고 그렇지 않으면 행동을 할 수 없게 되는 곤충에게는 특히 생존하기 어려운 환경입니다.

게다가 남극은 지구 상에서도 오존층이 매우 얇은 지역이어서 자외선이 지상에 쏟아지고 있습니다. 그 때문에 DNA의 변이가 일어나기 쉬워 곤충에게는 위험합니다.

거주지로는 결코 선택하고 싶지 않은 환경이지만 남극깔따구에게는 천국입니다. 남극깔따구는 남극에서 3,000만 년 전부터 서식했고 그 과정에서 남극에 적응하기 위해 다양한 진화를 이루었습니다.

우선 남극깔따구는 날 수 없는 파리입니다. 남극의 강풍을 상대로는 도움이 되지 않기 때문에 날개조차 가지고 있지 않습니다. 그 덕에 체온이 대량으로 방출되어 버리는 날개가 없어 약간의 체온을 잃지 않게 되었습니다.

다른 곤충과 마찬가지로 남극깔따구는 체액이 얼어도 살 수 있습니다. 이것은 '콜드 하드닝'이라는 작용에 의한 것으로 남극에서는 일상적인 체내 세포의 동해를 체내의 특별한 화학물질로 막습니다. 또 자외선이나 극한 등의 스트레스 속에서 체내의 단백질이 형상을 유지하지 않게 되었을 때 이것을 수정하는 '열 쇼크 단백질'도 체내에 가지고 있어 그 기능을 보전합니다.

그리고 남극깔따구는 독특한 라이프사이클로 일년 중 극한의 시기를 극복합니다. 성충의 수명은 불과 10일 정도이고 2년간을 유충의 형태로 지냅니다.

그 때문에 2회의 여름을 먹이수집에 충분히 활용할 수 있어서 충분히 영양을 보급해 번식에 대비합니다. 시기가 다가오면 남극깔따구는 일제히 우화하고 상대를 찾아 교미합니다.

사실 단 5mm의 이 곤충은 남극대륙에서 가장 큰 육상생물입니다. 펭귄은 정확히는 해상생물입니다.

더욱 놀랍게도 남극깔따구는 이러한 생존전략을 곤충 중에서 가장 작은 게놈으로 달성하고 있습니다. 즉 그 게놈은 그리 복잡하지 않습니다. 사실 이러한 진화적응으로 남극깔따구는 극한의 환경을 잘 살아나고 있는데 실은 같은 메카니즘을 다른 곤충도 이미 가지고 있습니다.

다른 곤충도 가진 생존기능의 활용이 능숙한 것인지 아니면 좀 더 다른 특징이 있는지 등 남극깔따구의 이 독특한 이유를 과학자들은 지금도 계속 연구하고 있습니다.

유전자 조작 기술의 발전으로 관상어 시장에서는 선명한 물고기나 블랙라이트를 조사하면 빛나는 물고기 등 화려한 외형의 물고기가 개발되고 있습니다. 그런 유전자 조작을 한 관상어가 자연계에 정착하고 있는 사례가 과학지 Science에 보고되었습니다.

Transgenic glowing fish invades Brazilian streams | Science | AAAS
https://www.science.org/content/article/transgenic-glowing-fish-invades-brazilian-streams

이전에는 외형이 화려한 관상어를 생산하기 위해 인위적 교배를 반복하는 품종개량이 일반적이었지만 최근에는 유전자 조작 기술을 이용해 블랙라이트를 조사하면 빛나는 물고기 등의 기묘한 특징을 가진 관상어도 만들어지고 있습니다. 그 예로 GloFish라는 브랜드명의 물고기는 블랙라이트를 조사하면 핑크색이나 녹색으로 빛나는 데 6마리 세트 구성으로 56.99달러(약 7만 원)에 판매되고 있습니다.

위와 같은 유전자 조작 생물을 자연계로 유출시키는 것은 생태계에 큰 영향을 미치기 때문에 금지되어 있습니다. 그러나 2014년 플로리다주 운하에서 살아있는 GloFish가 발견되었습니다. 이 운하에는 큰입우럭 등의 포식자가 서식했기 때문에 GloFish는 번식을 못하고 포식되었을 것으로 추측됩니다.

2015년에는 브라질의 제브라피쉬(Zebrafish)의 포식자가 존재하지 않는 하천에서 관상용으로 유전자 조작된 제브라피쉬가 발견되었습니다. 브라질에서 유전자 조작 제브라피쉬를 발견한 연구팀은 문제의 제브라피쉬는 일반적인 제브라피쉬에 비해 조기에 성숙하므로 증식을 계속하여 생태계에 큰 영향을 미칠 가능성이 있다고 경고했습니다.

게다가 유전자 조작 제브라피쉬는 천연 제브라피쉬보다 눈에 띄는 색조를 띄고 있기 때문에 교배로 눈에 띄기 쉬운 색조의 제브라피쉬가 많이 태어나면 포식자에게 노려지기 쉬워진다는 우려도 존재합니다.

브라질에서 유전자 조작 제브라피쉬를 발견한 Andre Magaryanis 씨는 현재 유전자 조작 제브라피쉬의 개체수는 적지만 앞으로 큰 문제가 초래될 가능성이 있다고 우려를 나타냈습니다.

플랑크톤의 일종인 불우렁쉥이(Pyrosome)는 무수한 개체가 모여 군체를 구성하는 생물로 이름대로 바다에서 발광하는 것으로 알려져 있습니다. 그런 불우렁쉥이 중에서도 인간을 통째로 삼킬 수 있는 거대 사이즈의 군체를 형성하는 'Giant Pyrosome'에 대해서 해양보호단체 Oceana가 설명했습니다.

Giant Pyrosome - Oceana
https://oceana.org/marine-life/giant-pyrosome/

SHOCKING: Giant Pyrosome Wide Enough to Fit Human | Oceana - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=SfOUTxiS_kI

Oceana에 따르면 Giant Pyrosome의 발광은 다른 불우렁쉥이에 비해 오래 지속된다는 것.

Giant Pyrosome의 군체를 가까이서 보면 작은 개체가 무수히 모여있다는 것을 알 수 있습니다.

Giant Pyrosome의 군체는 튜브형태로 길이는 18m에 달하고 직경은 인간이 쏙 들어갈 수 있을 정도로 큽니다.

군체를 형성하는 개별 플랑크톤은 군체로부터 분리되어도 계속 성장할 수 있습니다. 그러므로 Giant Pyrosome은 모든 개체가 동시에 죽지 않는 한 살아남을 것으로 보입니다. Oceana는 "Giant Pyrosome은 이론적으로 영원히 살 수 있다"고 설명합니다.

Giant Pyrosome은 무성생식뿐만 아니라 다른 개체군과 유성생식를 할 수도 있습니다.

항온동물인 포유류는 바깥 기온이 변화해도 체온을 일정하게 유지할 수 있지만 공기 중보다 체온이 빼앗기기 쉬운 수중에 서식하는 포유류는 체온을 일정하게 유지하기 어렵습니다. 그 중에서도 해달은 수생 포유류 중에서도 특히 몸이 작아 열이 발산되기 쉽지만 오호츠크해와 북미 연안 등의 추운 해역에서 별탈없이 서식하고 있습니다. 해달이 어떻게 추운 바다에서 체온을 유지하는지에 대해 텍사스A&M대학의 연구자들이 설명했습니다.

Sea otters demonstrate that there is more to muscle than just movement – it can also bring the heat
https://theconversation.com/sea-otters-demonstrate-that-there-is-more-to-muscle-than-just-movement-it-can-also-bring-the-heat-165804

물은 공기보다 빨리 체온을 빼앗기 때문에 많은 수생 포유류는 단열을 위해 두꺼운 지방층을 가지고 있지만, 몸의 작은 해달은 두꺼운 지방이 없습니다. 대신 해달은 1제곱인치(약 6.45제곱센티미터)당 100만 가닥이라는 경이적인 밀도의 체모로 이루어진 모피를 가지고 있어 이 모피에 넣은 공기의 층이 단열재의 역할을 하고 있다고 합니다.

이 모피를 유지보수하는 것은 상당히 힘들어 해달이 하루 활동의 10%는 모피 속의 공기를 유지하기 위한 손질에 사용되고 있다고 합니다.

Grooming Otter - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=Z4OKk2lErwc

그러나 아무리 밀도가 높은 모피가 열의 방출을 막아준다고는 해도 그것만으로 해달이 추운 바다에서 살아남는 것은 아닙니다. 해달은 체온을 유지하기 위해 몸의 대사기능을 이용하고 있는데 같은 크기의 육생 포유류에 비해 대사율은 약 3배나 높다는 것. 대사가 좋다는 것은 에너지효율이 나쁘다는 의미로 인간이 하루에 필요한 음식은 체중의 2% 정도인 반면 해달은 하루에 체중의 20% 이상에 해당하는 음식을 섭취해야 합니다. 해달의 음식섭취량을 체중 70kg의 인간에게 적용하면 하루에 14kg 이상의 음식이 필요하다는 계산이 나옵니다.

동물이 섭취한 음식은 그대로의 형태로 사용할 수 없고, 우선은 소화기관이 지방이나 당 등의 영양소로 분해하고 혈액으로 옮겨져 몸의 다양한 조직의 세포에 흡수됩니다. 그리고 세포내에 있는 미토콘드리아라는 소기관이 섭취한 영양소를 '생체에너지 통화'라고도 불리는 아데노신삼인산(ATP)으로 변환하여 이 ATP를 에너지로 만들어 세포는 일합니다.

미토콘드리아에서 영양소가 ATP로 변환되는 과정에서는 어느 정도의 영양소가 ATP로 변환되지 않고 열에너지로서 발산되고 있으며, 많은 척추동물은 일부러 ATP변환효율을 낮추어 열을 생산합니다. 체내의 모든 조직에서는 대사와 함께 열이 만들어지고 있지만 그 중에서도 포유류의 체중의 약 30%를 차지하는 근육은 특히 많은 에너지를 소비해 열을 만듭니다. 운동을 하면 몸이 뜨거워지는 것은 근육의 대사로 영양소가 열로 변환되고 있기 때문입니다.

텍사스A&M대학과 알래스카사우스이스트대학, 몬터레이베이수족관 등의 팀이 실시한 해달의 대사기능에 관한 연구에서는 다양한 연령과 크기의 해달에서 채취한 근육샘플을 산소소비량이 측정되는 작은 방에 놓고 근육조직이 얼마나 많은 에너지를 사용했는지 모니터링했습니다.

대사과정을 자극하는 다양한 방법을 사용하여 미토콘드리아가 ATP 생산에 사용한 에너지량과 열로 변환된 에너지량을 측정했는데, 해달의 근육은 매우 비효율적인 것으로 밝혀졌습니다. 즉 많은 에너지가 ATP로 변환되지 않고 열로 발산되었는데 이것이 추운 바다에서 해달이 체온을 유지하는 데 중요한 역할을 했다는 것입니다. 또한 놀랍게도 스스로 수영할 수 없는 어린 해달의 근육에서도 성체와 비슷한 대사능력을 가지고 있었습니다.

연구팀은 “우리의 연구는 근육이 분명히 활동 이상의 중요한 역할을 한다는 것을 보여준다. 심지어 사용하는 에너지의 양을 극적으로 증가시킬 수 있다”고 말합니다.

만약 향후의 연구에서 안전하고 가역적으로 안정시의 골격근 대사량을 증가시키는 방법이 개발되면 의사는 비만을 억제하기 위해 환자가 연소하는 칼로리량을 늘리는 치료도 가능합니다. 반대로 골격근 대사량을 감소시키는 방법이 개발되면 장시간 우주여행 등에 필요한 식량과 자원의 양을 줄일 수 있다고 연구팀은 전망합니다.

동물에게 있어서 '네비게이션:은 먹이의 채집이나 동료의 탐색, 도망, 장소 찾기 등 생존에 있어서 중요한 능력입니다. 이스라엘의 네게브벤 글리온대학의 Shachar Givon 씨는 네비게이션 능력이 환경이나 생태계에 의존하는 것인지 보편적인 것인지를 조사하기 위해 주행 가능한 기능을 탑재한 수조인 '어류운전차(Fish Operated Vehicle : FOV)'를 만들어 금붕어를 넣고 목표를 향해 운전하는 능력을 단련시키는 연구를 실시했습니다.

From fish out of water to new insights on navigation mechanisms in animals - ScienceDirect
https://doi.org/10.1016/j.bbr.2021.113711

Scientists train goldfish to drive a fish-operated vehicle on land | Ars Technica
https://arstechnica.com/science/2022/01/goldfish-can-learn-to-drive-and-navigate-terrestrial-environments/

연구팀은 40cm×40cm×19cm 크기의 수조에 바퀴를 붙인 FOV를 제작했습니다. FOV는 수족관을 내려다보는 카메라가 장착되어 있으며 금붕어가 특정 벽면에 가까워지고 바깥쪽을 향할 때 그 방향으로 움직입니다. 실험에 참가한 금붕어는 체장 15cm~18cm, 체중 80g~120g의 금붕어 6마리.

FOV는 3m×4m 방의 중앙에 배치했고 방의 벽은 삼면이 하얗고 한쪽에는 창문이 있고 나머지 일면은 하얀 커튼으로 되어 있습니다. 그리고 이동목표로 착색한 60cm × 40cm 파도가 벽면에 배치되었습니다.

실험은 금붕어가 수조에서 목표를 확인하고 그 방향으로 FOV를 '운전'할 수 있는지 확인하는 형태로 이루어졌습니다. FOV가 목표에 도착하면 금붕어에게 0.002g의 먹이가 주어졌습니다.

이 결과 금붕어는 FOV를 목표지점을 향해 '운전'하는 데 성공했다는 것.

Givon 씨는 금붕어가 공간파악 능력과 네비게이션 능력을 평상시 서식하는 수중과는 완전히 다른 육지환경에서 발휘했다는 실험결과에 네비게이션 능력이 보편적인 것임을 시사하는 것이라고 주장합니다.

곰 등의 야생동물이 서식하는 산을 걸을 때 '동물은 인간을 두려워하기 때문에 존재를 알리면 습격당하지 않는다'는 조언을 듣기도 합니다. 그러나 인간은 동물 속에서는 그다지 강한 존재가 아니고 종종 곰이나 악어 때로는 기르는 개 등에 습격당해 사망하는 사례가 보고되고 있습니다. 이 의문에 대해 과학계 미디어 LiveScience가 설명했습니다.

Humans are practically defenseless. Why don't wild animals attack us more? | Live Science
https://www.livescience.com/why-predators-dont-attack-humans.html

위스콘신대학 매디슨교의 고인류학자인 존 호크스 씨는 "인간의 이족보행'이 야생동물에게 위협이 되고 있다"며 "침팬지와 고릴라 등 다른 영장류를 살펴보면 그들은 위협을 나타내기 위해 직립한다"고 설명합니다.

인간은 이족보행을 함으로써 자신을 더 크게 보여주어 다른 종에 위협을 주는 데 성공했을 가능성이 있다는 것. 그러나 이족보행은 일반적으로 사족보행 동물보다 움직임이 느려 사족보행 동물을 쫓거나 반대로 도망치기 어렵다"는 단점이 있습니다.

그러나 이 외에도 야생동물이 굳이 인간을 공격하려고 하지 않는 또 다른 이유도 존재합니다. 호크스 씨는 인간과 침팬지와 같은 영장류가 외적으로부터 자신을 보호하는 방법으로 집단형성을 선택했다고 말합니다. 즉 인간이 사회적인 동물인 것이 이족보행과 함께 인간을 야생동물로부터 지키는 데 도움이 되고 있다는 것. 게다가 인간이 기술을 진보시켜 활이나 총과 같은 원거리에서 공격할 수 있는 무기를 개발한 결과로 무기만 있으면 야생동물과 싸워 이기는 것도 가능해졌습니다.

또 인간이 드물게 야생동물에 습격당하지 않는 이유로는 인간을 습격하는 큰 포식자의 수가 감소하고 있다는 것입니다. 캘리포니아주에 본사를 둔 비영리 보전과학단체인 Conservation Science Partners에서 보전생물학 주임 과학자로 일하는 저스틴 슬라치 씨는 “인간은 오랜 세월 동안 자신들이 활동하는 장소에서 대형 포식자를 제거해 왔다"고 말합니다.

미국에서는 1973년에 '멸종위기에 처한 종의 보존에 관한 법률'이 제정되었지만 그동안 대형 포식자와 그 서식지는 큰 손실을 입었다고 합니다. 예를 들어 북아메리카에 사는 늑대는 멸종 직전에 몰렸고 퓨마도 미국 동부에서는 플로리다주 일부를 제외하고 거의 사라졌습니다.

인간과 서식지가 가까운 다른 포식자도 비슷한 문제에 직면하고 있는데 슬라치 씨는 인간의 위협을 벗어난 동물이 인간을 경계하는 방법을 터득했다고 주장합니다. "매우 논리적인 이유로 큰 포식자 중에는 피포식자가 포식자를 두려워하는 것과 같은 방식으로 인간에 대한 건전한 공포심을 가진 동물도 있다"고 슬라치는 말합니다.

슬라치 씨의 연구팀은 2019년의 연구에서 캘리포니아주 산타크루즈 마운틴스에 설치한 스피커로 시나 책의 구절을 온화한 목소리로 읽는 목소리를 내보내 야생동물의 행동에 미치는 영향을 분석했습니다. 그 결과 인간의 목소리는 적대적인 것은 아니었지만 스피커의 주변으로부터 퓨마 등의 포식자를 쫓아내는 효과가 있었고 그 결과로 인해 작은 피포식자가 많이 서식할 수 있게 되었다고 합니다.

슬라치 씨는 포식자가 인간에 대한 공포심을 가지고 있다는 것은 인간과 포식자 사이에 발생하는 분쟁을 줄이는 데 도움이 될 것이라고 생각합니다. "포식자가 보여주는 인간에 대한 두려움은 매우 긍정적인 빛입니다. 이것은 잠재적으로 포식자와 인간이 공간을 공유할 수 있는 기회를 제공합니다. 아무런 부정적인 영향없이 퓨마와 곰 , 늑대가 존재하는 장소에도 하이킹을 할 수 있다"고 슬라치 씨는 보고 있습니다. LiveScience는 포식자가 존재하는 곳을 걸을 때 집단으로 행동하고 목소리를 내어 자신의 존재를 알리는 등 멀리 있는 포식자가 먼저 도망칠 수 있도록 조치할 것을 권합니다.

자동차 크기의 몸길이를 가진 초거대 노래기가 태고 당시에 잉글랜드 북쪽에서 서식했던 것으로 밝혀졌습니다.

Millipedes 'as big as cars' once roamed Northern England, fossil find reveals
https://phys.org/news/2021-12-millipedes-big-cars-roamed-northern.html

An extinct millipede the length of a car once roamed northern England : NPR
https://www.npr.org/2021/12/20/1065759563/extinct-millipede-car-northern-england-arthropleura

이 화석은 케임브리지대학의 조사팀에 의해 잉글랜드 북쪽에 위치한 노샘버랜드에서 2018년 1월에 발견되었습니다. 화석을 포함한 바위가 낙하한 충격으로 깨지면서 노출된 화석을 조사팀의 일원이 우연히 발견했다는 것. 조사팀을 이끄는 닐 데이비스 씨는 “화석의 발견은 완전히 우연이었다”고 말했습니다.

분석 결과, 발견된 화석은 Arthropleura라고 불리는 3억 년 전에 서식한 노래기의 일종인 것으로 밝혀졌습니다. 발견된 화석은 Arthropleura의 일부분만으로, 실제 체장은 약 2.7m, 체중은 약 50kg이었다고 추정됩니다.

이번에 발견된 화석에는 머리가 포함되어 있지 않아 Arthropleura의 생태를 추측하는 것은 어려웠다고 합니다. 그래도 데이비스 씨는 Arthropleura의 몸의 길이를 바탕으로 "Arthropleura가 무엇을 먹고 있었는지는 확실하지 않지만 서식한 시대에는 영양가 높은 견과류와 씨앗이 풍부하게 존재하고 있었습니다. 다른 무척추동물이나 양서류 등 작은 척추동물을 포식했을 가능성도 있다"고 보았습니다.

데이비스 씨에 따르면 화석이 발견된 지역은 사암이 많아 일반적으로 화석을 보존하기에 적합하지 않은 지역으로 여겨지고 있었다며 “이번에 발견한 화석이 보존되었다는 사실은 놀라운 일"이라며 사람들이 화석을 찾지 못한 곳에서도 실제로 많은 화석을 발견할 수 있을 가능성이 있다고 주장합니다.

망원경처럼 원통형으로 튀어나온 양안이 특징인 심해어인 데메니기스를 포착한 희귀 영상이 미국 몬테레이만 수족관 연구소(MBARI)의 연구팀이 공개했습니다.

New footage shows bizarre deep-sea fish that sees through its forehead | Live Science
https://www.livescience.com/barreleye-fish-seen-on-dive

New deep-sea sighting: The barreleye fish has a transparent head and tubular eyes - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=Akv36y8WLYA

데메니기스의 가장 큰 특징은 투명한 돔 모양의 머리와 위쪽으로 향한 원통형 눈입니다.

녹색을 띤 데메니기스의 눈은 정면뿐만 아니라 바로 위로 향할 수 있으며 액체로 채워진 투명한 돔 모양의 머리를 통해 외부를 볼 수 있습니다. 또, 얼굴의 정면에 있는 눈과 같은 기관은 먹이의 냄새를 맡기 위한 콧구멍이라고 합니다.

동영상을 공개한 MBARI는 데메니기스가 서식하는 해역에 5600회 이상 무인잠수기(ROV)를 보내 약 2만 7600시간분의 촬영을 실시해 데메니기스를 포착한 횟수는 불과 9회였다는 것. ROV의 조종사를 맡은 MBARI의 토마스 노울즈 씨는 데메니기스를 발견했을 때의 심경에 대해 "우리 모두가 이것은 일생에서 단 한 번의 사건일지도 모른다는 것을 알았다"고 밝혔습니다.

동물은 페로몬이라고 불리는 화학물질을 생성하여 체외로 분비하고 다른 개체의 행동이나 발육에 변화를 촉진합니다. 그러나 인간이 페로몬을 분비하고 있음을 보여주는 과학적 증거는 지금까지 확인되지 않았습니다. 와이츠만 과학연구소의 신경과학자인 노암 소벨 씨 연구팀이 인간 여성 특히 아기가 방출하고 있는 '헥사데카날(HEX)'이라는 무취의 화합물을 발견했다고 보고했습니다.

Sniffing the human body volatile hexadecanal blocks aggression in men but triggers aggression in women
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abg1530

Chemical emitted by babies could make men more docile, women more aggressive | Science | AAAS
https://www.science.org/content/article/chemical-emitted-babies-could-make-men-more-docile-women-more-aggressive

연구팀에 따르면 헥사데카날은 여성의 공격적인 행동을 조장하고 남성의 공격적인 행동을 둔하게 한다는 것. 인간은 피부, 타액, 배설물로부터 헥사데카날을 방출하는데 특히 아기는 머리에서 방출하고 있다는 것을 알게 되었습니다. 소벨 씨 연구팀이 헥사데카날을 단리해 마우스의 케이지에 넣어 본 결과, 마우스에 대해서 안정 효과가 있었다고 합니다.

그리고 연구팀은 강한 좌절감과 그에 대응하는 측정 가능한 반응을 이끌어내기 위해 개발된 컴퓨터 게임을 126명의 피실험자를 대상으로 플레이시키는 실험을 실시했습니다. 피실험자의 절반은 헥사데카날을 반죽한 크림을 윗입술에 붙이고 플레이했고, 나머지 절반은 헥사데카날을 포함하지 않는 크림을 붙여 플레이했습니다.

피실험자는 보이지 않는 상대와 협상하면서 돈을 나누는 가상체험을 했습니다. 피실험자는 인간과 협상하고 있다고 생각했지만, 실제로는 컴퓨터와 협상하고 있었다는 것. 다만 협상은 피실험자에게 좌절감을 주도록 설계되어 피실험자가 '상대 몫'으로 전체의 90% 미만의 금액을 나타내면 컴퓨터는 'NO!'라고 새빨간 문자를 표시해 피실험자의 제안을 거부합니다.

그 후 피실험자는 동등한 조건으로 상대에게 소리로 타격을 가하는 게임을 플레이했습니다. 피실험자의 공격성의 정도를 나타내기 위해 '통증의 레벨'을 나타낸 버튼을 누르는 방식으로 소리의 크기를 선택할 수 있게 설계되었습니다.

그 결과 헥사데카날에 노출된 피실험자 중 여성의 19%가 평균보다 공격적인 행동을 취한 반면, 남성은 18.5% 이상이 평균보다 공격적이지 않은 행동을 취했습니다.

연구팀은 기능적 자기공명이미지(fMRI)를 사용하여 피실험자의 뇌활동을 모니터링하면서 헥사데카날에 노출된 피실험자 군과 그렇지 않은 군의 행동을 비교했습니다. 그 결과 여성 피실험자의 평균 13%에서 공격성이 늘었고 남성 피실험자의 평균 20%에서 공격성을 약화된 것에 더해 헥사데카날이 뇌활동에서 남녀에게 다른 영향을 주는 것으로 나타났습니다. 여성은 공격성을 제어하는 뇌영역의 신경전달이 감소했고 남성은 그 영역의 전달이 증가했다고 합니다.

연구팀은 이번 결과에 헥사데카날이 유아의 생존과 관련있을 것으로 보고 있습니다. 포유류에서 암컷은 아기를 보호하기 위해 공격성을 발휘해야 할 상황이 많으며 수컷은 자신의 자손을 공격하지 않도록 노력해야 합니다. 소벨 씨는 “헥사데카날이 페로몬이라고 단언할 수는 없지만 인간의 행동, 특히 공격적인 행동에 영향을 미치는 분자"라고 말합니다.

2020년 하버드대학의 신경과학자와 구글의 엔지니어가 인간의 뇌의 신경세포를 염색하여 매핑한 것을 공동으로 발표했습니다. 그러나 이 공동연구에서 이루어진 매핑은 인간의 뇌 전체의 불과 100만분의 1. 신경세포를 매핑하는 '커넥톰'이 어떤 것인지를 과학계 미디어 Quanta Magazine이 설명했습니다.

New Brain Maps Can Predict Behaviors | Quanta Magazine
https://www.quantamagazine.org/new-brain-maps-can-predict-behaviors-20211206/

하버드대학의 제프 리히트만 씨 연구팀은 인간의 뇌를 5000개 이상의 조각으로 절단해 전자현미경으로 관찰한 혈관과 신경세포의 영상화를 실시하여 매핑에 성공했습니다. 오랫동안 커넥톰에 종사해 온 리히트만 씨는 “신대륙을 발견한 것 같다”며 성과를 기뻐했지만, 인간의 뇌 전부를 맵핑하는 데 훨씬 긴 시간이 걸린다는 사실도 인정했습니다.

신경세포가 어떻게 배치되는지나 신경세포가 어떻게 연결되어 있는지를 아는 것은 뇌의 소유자인 생물이 어떻게 생각하고 느끼며 행동하는지를 이해하는 중요한 열쇠가 된다고 합니다. 한 실험에서는 커넥톰으로 동물의 다음 행동을 예측할 수 있는 가능성이 나타났고 또 다른 실험에서는 신경세포가 동작하는 일정한 규칙을 커넥톰에서 이끌어 낼 가능성이 나타났다는 것. 이러한 지식을 추구하기 위해서는 뇌 전체의 매핑이 불가결한데 단 1종의 생물을 대상으로 성공했습니다. 그 생물은 몸길이가 불과 1mm인 선충의 일종입니다

선충의 커넥톰이 완성된 시기는 1986년으로 단 302개의 신경세포만을 가지는 선충을 대상으로 매핑이 이루어져 약 5000의 화학시냅스나 약 2000의 신경절 접합부, 약 600의 갭결합 등 모든 부위가 어떠한 구조로 배치되어 있는지가 정확하게 밝혀졌습니다. 이 연구는 전자현미경의 이미지와 광학문자인식(OCR)을 이용하여 손으로 그린다는 방식으로 15년 이상 걸려 이루어졌습니다.

현재는 화상인식 기술의 진보로 선충의 커넥톰에 걸리는 시간은 1개월까지 단축되었습니다. 복수의 선충을 매핑함으로써 '행동패턴이 각각 다른 별개체에서도 교미중에 주위의 환경으로부터의 정보를 처리하는 뇌의 작용은 모든 개체에서 일관된다' 등의 연구성과를 얻었습니다. 신경세포가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해하기 위한 데이터베이스로서 과학계에서는 커넥톰의 중요성이 주목받고 있습니다.

그러나 선충보다 복잡한 생물일수록 뇌의 모든 구조를 매핑하는 것은 매우 어려운 것으로 알려져 있습니다. 특히 뇌만으로도 1000억 개 정도의 신경세포를 가진 인간에서는 일부 신경세포가 여러 사람으로 일치했다고 해서 그것이 모든 인간에게 보편적인 것인지는 불분명합니다. 리히트만 씨는 “100명 정도를 매핑할 수 있으면 어느 정도 명확해질 것”이고 보고 있습니다만, 1인당 1.4PB(약 1400TB)라는 정보량의 매핑을 실시하는 것은 쉽지 않습니다.

그러나 커넥톰의 연구는 부분적이면서도 중요한 진보를 이루고 있다고 합니다. 2020년에는 Drosophila의 뇌의 대부분인 25,000개의 신경세포를 매핑하는데 성공했습니다. 이를 바탕으로 초파리가 비행할 때 활발해진다는 수십 개의 새로운 신경세포와 회로의 발견에 이르렀고 이 매핑은 초파리 연구의 이정표로 환영받고 있습니다.

커넥톰은 단순히 신경세포의 매핑을 하는 것이어서 신경세포가 얼마나 많은 정보량을 전달하고 있는지 등 커넥톰만으로는 모르는 점도 많습니다. 그럼에도 불구하고 리히트만 씨는 커넥톰이 신경과학의 강력한 데이터가 될 것이라고 확신하며 “기술혁신으로 인해 대규모 커넥톰 연구가 현실이 되고 있다"며 기대를 나타냈습니다.

미국 서부에 서식하는 캘리포니아콘도르는 수가 적기 때문에 국제자연보호연합에 의해 멸종직전인 것으로 평가되고 있습니다. 그런 캘리포니아콘도르의 번식프로그램을 실시하고 있는 샌디에고동물원의 연구팀이 무정란에서 캘리포니아콘도르가 태어났다고 밝혔습니다.

Facultative Parthenogenesis in California Condors | Journal of Heredity | Oxford Academic
https://academic.oup.com/jhered/advance-article/doi/10.1093/jhered/esab052/6412509

San Diego Zoo Wildlife Alliance Conservation Scientists Report First Confirmed Hatchings of Two California Condor Chicks from Unfertilized Eggs – San Diego Zoo Wildlife Alliance Stories
https://stories.sandiegozoo.org/2021/10/28/san-diego-zoo-wildlife-alliance-conservation-scientists-report-first-confirmed-hatchings-of-two-california-condor-chicks-from-unfertilized-eggs/

California condors can have 'virgin births,' study finds
https://www.nbcnews.com/science/science-news/california-condors-can-virgin-births-study-finds-rcna4087

샌디에고동물원을 운영하는 San Diego Zoo Wildlife Alliance는 캘리포니아콘도르의 유전적 다양성을 보장하기 위해 30년 동안 911마리의 유전정보를 수집했습니다. 그 유전정보를 분석하는 과정에서 2마리의 캘리포니아콘도르가 '모체의 유전자'만을 가지고 있는 것으로 밝혀졌습니다.

San Diego Zoo Wildlife Alliance의 연구팀은 유전정보 데이터베이스에서 부체로 적절한 유전자를 가진 개체를 찾았지만 부체는 발견되지 않았습니다. 이에 연구팀은 “두 마리의 캘리포니아콘도르에는 생물학적으로 부체가 없다”고 결론지었습니다.

연구팀은 조류의 단위생식 사례는 수컷과 접촉할 수 없는 암컷에게서 드물게 관찰된다고 합니다. 그러나 이번에 발견된 단위생식 개체의 모체는 수컷과 함께 서식하고 있었고, 한 개체는 11마리의 새끼를, 다른 개체는 23마리의 새끼를 유성생식으로 낳았습니다. 게다가 후자의 개체는 단위생식 개체의 출산한 후에 2마리의 새끼를 유성생식으로 낳았다고 합니다. 이에 연구팀은 “이번 단위생식 개체의 발견은 캘리포니아콘도르로서도, 수컷과 통상의 유성생식을 하는 조류로서도 최초의 발견”이라며 그 중요성을 강조합니다.

캘리포니아콘도르 중에는 약 60년 사는 개체도 있지만, 단위생식 개체인 2마리 중 한 마리는 2003년에 출생 2년 만에 죽었고, 다른 하나는 2017년에 출생 8년 만에 죽었다고 합니다. 또 연구팀은 분자유전학적 수법을 이용한 단위생식 개체의 탐색은 지금까지 이루어지지 않았다고 주장합니다. 연구팀의 일원인 올리버 라이더 씨는 “이번 발견은 실제로는 다른 종에서도 단위생식이 일어났을 가능성을 시사하고 있다”고 추정합니다.

조류의 단위생식은 드물지만, 벌레류나 어류에서는 많은 종이 단위생식으로 번식을 하는 것으로 알려져 있습니다. 또 2017년에는 수컷에서 떼어낸 암컷 상어가 유성생식에서 단위생식으로 번식전략을 변경한 사례도 보고되었습니다.

Switch from sexual to parthenogenetic reproduction in a zebra shark : Scientific Reports
http://www.nature.com/articles/srep40537

Female shark learns to reproduce without males after years alone | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2118052-female-shark-learns-to-reproduce-without-males-after-years-alone/

이전에 수컷과의 짝짓기로 산란한 적이 있는 암컷 상어가 수컷과 격리된 수년 후에 단독으로 알을 낳는 데 성공한 것으로 확인되었습니다. 상어는 자손을 남기기 위해 짧은 시간에 유성생식에서 무성생식으로 번식전략을 전환했을 가능성이 있습니다.

Switch from sexual to parthenogenetic reproduction in a zebra shark : Scientific Reports
http://www.nature.com/articles/srep40537

Female shark learns to reproduce without males after years alone | New Scientist
https://www.newscientist.com/article/2118052-female-shark-learns-to-reproduce-without-males-after-years-alone/

퀸즐랜드대학의 크리스틴 다제언 박사 연구팀은 수컷과 분리되어 수년이 지난 후 암컷이 단독으로 산란한다는 흔치 않은 현상을 관찰했습니다.

이 상어는 '레오니'라고 이름 붙여진 암컷 제브라상어(Zebra Shark)로 호주의 리프수족관에서 사육되는 개체입니다. 레오니는 1999년에 수컷과의 짝짓기로 몇 번의 산란을 거쳐 총 24마리의 새끼가 부화했습니다. 그 후 2012년에 수컷이 다른 수조로 옮겨져 수컷이 없는 환경에서 지냈는데 2016년에 단독으로 산란에 성공했습니다.

수컷과 교미하지 않고 암컷 단독으로 산란하는 무성생식 자체는 드물지 않지만, 유성생식이었던 동물이 무성생식으로 변화하는 사례는 매우 드뭅니다. 특히 유성생식에서 산란 경험이 있는 개체가 무성생식으로 전환하는 예는 일부의 가오리나 보아뱀에서 관찰된 적이 있을 뿐으로, 상어로서는 최초의 관찰사례가 되었습니다.

다제언 박사는 몇 년 전에 짝짓기한 수컷의 정자를 사용하여 다시 수정했을 가능성을 의심했지만, 태어난 치어의 유전자를 조사한 결과 모체인 레오니 유래의 것밖에 발견되지 않았기 때문에 이 가능성은 사라졌다고 합니다. 레오니는 단독생식으로 자손을 남긴 것입니다.

대제온 박사는 유성생식이었던 상어가 환경의 변화로 인해 무성생식으로 전환하는 전략은 생존경쟁에서 유의미하다고 생각합니다. 본래 유성생식으로 자손을 남기던 생물이 무성생식을 한다는 것은 극단적으로 말하면 근친교배이므로 유전적으로는 불리해진다고 생각됩니다. 그러나 수컷이 없어 교배할 수 없는 상황에서는 단기적인 생존전략으로서 매우 우수하다고 다제언 박사는 추정합니다.

덧붙여 매우 짧은 시간 내에 유성생식에서 무성생식으로 전환하는 번식전략을 보여준 제브라상어는 IUCN의 레드리스트에 실린 멸종위기동물입니다.

인간은 불을 사용하는 능력을 익히고 직립보행을 하며 정교한 언어를 발달시켰습니다. 더욱 진보된 문명을 구축하고 복잡한 뇌를 갖추면서 미래를 계획하고 과거를 처리할 수 있게 되었습니다. 물론 이런 활동은 뇌의 진화로 인해 가능해진 것입니다만, 실은 인간의 뇌의 용적은 약 7만 년 전을 경계로 축소하는 경향에 있는 것으로 알려져 있습니다. 샌프란시스코대학이 2017년 당시 학생이었던 사바나 로비슨 씨가 뇌의 축소경향과 그 원인을 정리한 에세이를 소개하고 있습니다.

“Why Are Our Brains Shrinking?” | The Science of Life
https://usfblogs.usfca.edu/biol100/2018/03/20/why-are-our-brains-shrinking/

위스콘신대학의 인류학자인 존 호크스 씨는 2만 년 동안 인간의 뇌가 1500cm^3에서 1350cm^3로 축소했다고 주장했습니다. 게다가 신경섬유의 덩어리인 백질이 아니라 언어나 문화, 문자 등 인간에게 특유의 복잡한 행동이나 능력을 담는 회백질이 감소하고 있는 것으로 밝혀졌습니다.

뇌의 부피가 감소하는 원인에 대해서는 다양한 가설이 주창되고 있습니다. 예를 들어 '뇌와 몸은 대응하고 있기 때문'이라는 가설이 있습니다. 몸에 근육이 많을수록 그 근육을 제어하기 위해 뇌가 필요하다는 생각에서 몸의 크기와 뇌의 크기는 연결되어 있다는 것으로, 진화 과정 중 조금씩 인간의 몸이 축소해 가면서 동시에 뇌가 작아졌을 것이라고 봅니다.

또 뇌가 커질수록 더 많은 에너지가 필요해 발달에 시간이 걸리지만 '최소한의 에너지로 최대의 지성을 얻기'로 진화한 결과 뇌의 신경이 보다 효율적으로 배선되어 뇌의 부피가 감소했다는 가설도 있습니다. 그 밖에도 인간은 태어나고 나서 20대 중반까지 불필요한 시냅스 결합을 제거하여 필요한 시냅스 결합만이 강화되는 시냅스 정리를 하는데, 인간이 다루는 정보량이 늘어나 언어가 복잡해지면서 이 시냅스 정리가 촉진되어 뇌가 작아져 갔을 것이라는 가설도 있습니다.

그 외에도 '인간은 가축화되었기 때문에 뇌의 부피가 감소했다'는 가설도 있습니다. 개나 말 등은 가축화되면서 야생이었던 조상보다 뇌가 10~15% 정도 작아진 것으로 알려져 있는데 '인간이란 원숭이가 가축화된 것'이라는 생각에 근거하고 있습니다. 다만 여기서 말하는 가축화란 인간이 무언가에 길들여졌다는 의미는 아니고, 인간이 서로 죽이는 것이 아닌 의견의 차이를 토론하고 소통하는 사회적 동물이 되었다는 것을 의미합니다.

또 '지구의 한랭기가 끝나 온난기에 들어간 영향으로 열의 방출효율을 향상시켜 보다 따뜻한 기후에 적응하기 위해 몸이 작아지면서 두꺼운 뼈와 뇌가 축소했다', '여성의 골반이 축소해 갔기 때문에 두개골도 작아졌고 뇌의 용적도 축소했다', '단순히 인간이 게을러져 지능이 저하했다' 등 다양한 가설이 존재합니다.

마지막으로 로비슨 씨는 “현대인의 뇌는 작아졌을지 모르지만 우리는 전례 없이 많은 정보를 얻을 수 있습니다. 이 정보를 어떻게 사용하는지에 따라 번영의 길을 걷거나 고난의 길을 걸을 수 있습니다. 우리의 두뇌가 큰 혜택이 될 것인지, 가장 불리한 자산이 될 것인지는 시간이 알려줄 것"이라고 마무리합니다.

장기이식은 많은 사람의 생명을 구할 수 있지만 이용 가능한 인간의 장기에는 한계가 있어서 기증자를 찾을 때까지 몇 년을 기다리거나 이식이 늦어져 사망하는 사례도 많습니다. 최근에는 이런 부족을 해결하기 위해 돼지의 장기를 인간에게 이식하는 시도가 이루어지고 있는데, 이번에 새로이 뉴욕대학(NYU) 란곤헬스의 외과팀이 유전자조작을 한 돼지의 신장을 인간의 몸에 연결해 노폐물을 제거시키는 실험에 성공했다고 발표했습니다.

Pig-to-human transplants come a step closer with new test
https://apnews.com/article/animal-human-organ-transplants-d85675ea17379e93201fc16b18577c35

In a First, Surgeons Attached a Pig Kidney to a Human - The New York Times
https://www.nytimes.com/2021/10/19/health/kidney-transplant-pig-human.html

Pig kidney successfully hooked up to human patient in watershed experiment | Live Science
https://www.livescience.com/pig-kidney-to-human-transplant-experiment

로버트 몽고메리 박사가 이끄는 NYU 란곤헬스의 외과팀은 2021년 9월 뇌사한 54세 여성 환자의 몸에 한 쌍의 굵은 혈관을 이용하여 유전자 변형한 돼지의 신장을 연결하는 실험을 실시했습니다. 환자는 사후 장기기증에 대한 의사를 표명했지만 불행히도 장기는 타인에게 이식할 수 있는 상태가 아니었다고 합니다. 그래서 환자 가족의 동의를 얻어 인공호흡기를 제거하기 전에 돼지의 장기를 연결했다고 합니다.

실험에서는 54시간 동안 돼지의 신장과 환자의 몸이 연결해 장기의 상태를 관찰하거나 조직샘플을 채취했습니다. 실험기간 동안 신장은 노폐물을 제거하여 소변을 생성하는 본래의 목적을 제대로 달성했고 거부반응도 발생하지 않았다고 합니다. "돼지의 신장은 완전히 정상적인 기능을 가지고 있었고 급성 거부반응도 나타나지 않았다"고 몽고메리 씨는 말합니다.

이번 실험에서는 몸의 외부에서 혈관을 통해 돼지의 신장을 연결했기 때문에 신장이 환자의 체내에 이식된 것은 없습니다. 그러나 일반적으로 동물의 장기를 인간에게 이식할 때 발생하는 문제는 인간의 혈액이 동물의 장기와 접촉하는 혈관 내 등에서 일어나기 때문에 이번 방법으로 거부반응 여부를 확인할 수 있었다는 것.

동물의 장기를 인간에게 이식하는 시도는 양의 피를 사람에게 수혈하는 치료가 행해진 17세기까지 거슬러 올라갈 수 있으며, 최근에는 돼지의 장기를 이용하는 방법이 주목을 받고 있습니다. 돼지는 널리 식용으로 사육되고 있어서 윤리적인 우려가 적고, 한 번에 여러 새끼를 낳으며 임신기간이 짧고 장기의 해부학적 유사성이 인간과 가깝다는 장점이 있습니다.

이미 돼지의 조직으로 만든 심장판막이 인간에게 이식되었고 항응고제인 헤파린 원료도 돼지의 장점막에서 채취되고 있지만, 장기이식에서는 거부반응이 난해한 과제였습니다. 돼지의 조직세포에는 α-gal라는 당분자를 생성하는 유전자가 있는데, 인간의 면역체계는 α-gal을 이물질로 인식하고 공격하기 때문에 급성 거부반응을 일으켜 이식한 장기가 망가져 버린다고 합니다.

이 과제를 해결하기 위해 미국의 생명공학 기업인 United Therapeutics의 자회사 Revivicor은 유전자조작으로 α-gal이 포함되지 않은 'GalSafe 돼지'를 개발했습니다. GalSafe 돼지는 2020년 12월에 미 식품의약품안전국의 승인을 받았으며, 이번 실험에 사용된 신장도 GalSafe 돼지입니다. 또한 외과팀은 신장을 연결하기 전에 면역세포를 만들어내는 돼지의 흉선을 환자에게 이식해 신장이 거부반응을 일으킬 가능성을 줄였다고 합니다.

이번 발표에 존스홉킨스 의대의 돌리 세게브 박사는 "장기의 수명에 대해 더 알 필요가 있다"고 유보적 견해를 나타냈고 미국의 장기조달 · 이식 네트워크인 United Network for Organ Sharing의 최고의료책임자인 데이비드 Klassen에 박사는 인간 사이에서도 신장의 거부반응이 일어나는 경우가 있는 이상, 돼지신장의 이식 내구성을 신중하게 평가할 필요가 있다고 주장합니다.

United Therapeutics의 마틴 로스 브랫 CEO는 "이것은 이종간 이식을 실현을 위한 중요한 진전이며, 멀지 않은 장래에 연간 수천 명의 생명을 구할 것"이라고 전망했습니다.

미국에서는 2020년에 2만 3401명이 신장이식을 받았지만 여전히 9만 240명이 신장이식 대기자 목록에 실려 있습니다. 또 사용 가능한 신장의 부족으로 많은 신부전 환자는 이식 대기자 명단에조차 게재되지 못하는 상황인 것을 감안하면 잠재적인 신장의 수요는 더욱 크다고 볼 수 있습니다.

동물의 생명활동을 지탱하는 뇌는 산소가 필수적이어서 심한 저산소환경에 놓여 질식한 생물에서는 신경활동이 정지되어 버립니다. 독일의 루드비히 · 막시밀리안대학(Ludwig-Maximilians-Universitaet)의 연구팀이 2021년 10월에 공개한 논문에서 질식으로 인해 신경활동이 완전히 정지한 올챙이의 뇌에 조류를 주입하자 뇌에 산소가 생성되어 신경활동을 재개해 되살아난 사례가 발표되었습니다.

Green oxygen power plants in the brain rescue neuronal activity
https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(21)01126-3

Injecting Algae Into Suffocated Tadpoles Brings Their Brain Cells Back to Life
https://www.sciencealert.com/injecting-algae-into-the-brains-of-suffocating-tadpoles-keeps-their-neurons-alive

동물이 필요로 하는 산소는 주로 폐와 아가미, 피부를 통해 공급됩니다. 특히 뇌의 활동에는 어느 정도 양의 산소가 지속적으로 공급되어야 합니다. 따라서 심해로 다이빙하거나 높은 고도에서의 비행 등 저산소환경에서 산소공급량을 유지하는 것이 중요한 과제입니다.

산소를 발생시키는 수단 중 하나가 녹색식물에 의한 광합성인데, 실제로 광합성을 하는 생물과 해양동물의 자연적 공생작용이 보고됐습니다. 이번 루드비히 · 막시밀리안대학이 실시한 실험은 아프리카발톱개구리의 올챙이의 체내에 광합성을 하는 조류를 주입하여 강한 조명을 비추고 체내에서 광합성을 발생시켜 뇌까지 산소공급을 시도하는 것입니다.

올챙이에게 녹색 플랑크톤을 주사하자 올챙이가 녹색으로 물들어가는 것을 알 수 있습니다.

또 현미경으로 체내의 조직을 확대해 보면 올챙이의 미세혈관에까지 광합성이 가능한 녹색 플랑크톤이 확산되고 있는 것을 알 수 있습니다.

실험에서는 올챙이에게 조류 플랑크톤을 주입한 후 신경계의 일부를 분리하여 자력에 의한 신경활동을 불가능하게 되었습니다. 그 결과 빛이 조사된 체내의 플랑크톤이 산소를 발생시킴으로써 뇌활동의 대용으로 기능하는 것으로 나타났습니다.

다음 사진에서는 빛을 쬈을 때와 어둡게 했을 때를 교대로 반복하여 신경활동이 어떻게 반응했는지를 표시한 것입니다. 빛이 쬐여지자 신경활동 반응이 생기고 빛이 사라지자 일정시간 경과 후 다시 활동을 중단하는 것을 알 수 있습니다.

이 연구를 통해 광합성을 하는 미생물이 생물의 뇌활동을 구할 능력을 가지고 있다고 연구팀은 기대하고 있습니다. 이것은 미래에 병적 장애를 돕는 방법으로 산소 수준을 증가시키는 수단이 될 수도 있다는 것.

그러나 이 실험은 투명한 올챙이에 조사된 빛이 피부를 투과하여 체내 미생물이 작용할 수 있었고 어디까지나 미생물이 산소를 공급할 수 있다는 원리를 증명한 것에 지나지 않습니다. 또 연구팀은 실험결과가 매우 혁신적이면서 미생물을 체내에 주입하는 것으로 인한 장기적인 면역반응 등의 위험이 있다며 장기적인 실험과 응용분야로의 전개가 필요하다고 말합니다.

중생대 트라이아스기 나타나 약 6600만 년 전에 멸종한 공룡에 대해서는 다양한 연구와 분석이 이루어지고 있는데, '실제로는 어떤 모습을 하고 있었는지?'를 과학 관련 YouTube 채널의 Kurzgesagt이 공개하고 있습니다.

What Dinosaurs ACTUALLY Looked Like? - YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=xaQJbozY_Is

지구는 46억 년의 역사를 가지고 있으며, 인류가 그 모든 것을 파악할 수 있는 것은 아닙니다. 인류가 알고 있는 진핵생물은 약 150만 종이며, 현재 생존하고 있는 종은 1000만 종이 넘는 것으로 알려져 있습니다.

현재 매년 1만 5000종의 신종이 발견되고 있습니다만, 지구상의 생명체 대부분은 아직 발견되지 않았습니다. 또 지구의 역사에서 40억 종의 생물이 탄생했다고 추정합니다.

하지만 그 중 99%는 인류가 언어를 구사하기 이전에 멸종했기 때문에 생물 대부분은 '알려지지 않은 미지의 존재'라고 말할 수 있습니다.

과거의 생물에 대해 알기 위해서는 화석이 필요합니다. 화석은 뼈와 조개 등이 땅에 묻히거나 호박에 저장되어 현대까지 남아있는 것입니다. 지구상에 남아있는 화석은 '화석기록'이라고도 불리며 과거를 알 수 있는 중요한 창구가 되고 있습니다.

동물의 죽음이 화석이 되기 위해서는 적절한 환경과 타이밍 조건이 갖추어지지 않으면 안됩니다. 그리고 화석이 수백만 년, 몇억 년을 건뎌 인간에게 발견될 필요가 있습니다. 따라서 화석을 발견하고 화석에서 정보를 얻는 것은 "기적과 같다"고 Kurzgesagt는 표현합니다.

그런 화석에서만 정보를 얻을 수밖에 없는 생명체가 바로 공룡입니다. 공룡의 화석은 과거 200년 동안 1000여 종의 화석이 수만 개가 발견되었습니다. 최근에는 특히 많은 화석이 발견되고 있는데 매년 약 50종의 새로운 공룡화석이 발굴되어 공룡에 관한 새로운 연구결과는 점점 증가하고 있습니다.

지난 5000만 년 사이에 살았던 모든 동물을 대상으로 1000종의 생물 중에서 1000의 개체를 무작위로 선정하여 화석화한다고 합시다. 그 경우 기린과 같은 특징적인 외형의 공룡은 도대체 얼마나 서식하고 있었던 것일까요? 기린과 같은 특징적인 외형은 서식하는 지역 등으로 인해 형성되는 것입니다.

예를 들어 무성한 정글에서는 동물의 시체가 흙에 묻힐 가능성이 낮기 때문에 기본적으로 화석이 되는 경우가 적습니다. 미생물이 죽은 동물을 순식간에 분해하거나 산성의 토양이 뼈를 녹여 버립니다. 즉, 정글에서 공룡화석이 나오는 경우는 거의 없습니다. 현재 지구상에 생존하는 생물의 2%는 열대우림에 서식하고 있습니다.

한편 수천 년 전에 공룡이 지구를 활보하던 시기는 정글이 지구의 대부분을 차지하고 있었습니다. 따라서 아무런 흔적도 남기지 않고 사라져 갔던 종은 다수 존재했을 것입니다.

정글 이외의 지역에 서식하는 생물의 대표격은 인간입니다. 그 인간의 몸은 대부분이 장기적 저장은 불가능합니다. 따라서 가장 오래 남는 것은 뼈의 결정화된 부분인데, 공룡화석도 뼈와 치아의 발견이 대부분으로 골격도 전체가 아닌 단편만 남아 있습니다. 즉, 뼈 없는 동물이나 껍질 없는 동물의 경우 대부분 화석기록에 남아있지 않을 것입니다.

오늘날의 지렁이와 해파리, 굼벵이 등 뼈가 없는 생물이 다양하게 서식한다는 것을 감안할 때, 그런 종의 화석이 부족한 것은 분명합니다. 따라서 5억 년 동안 존재했을지도 모르는 '뼈 없는 종'에 대해 생각하면, 우리의 상상력을 가지고도 부족합니다.

화석이 존재한다 해도 전체 이미지를 추정하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 한때 공룡은 미니멀한 디자인으로 치아를 보이고 웃는 모습으로 사나움이나 위험성을 표현하는 일러스트가 다수였습니다.

현대의 생물도 골격에 따라 외형을 이미지한다면 이상한 모양이 될 가능성이 있습니다. 코끼리, 백조, 개코원숭이 등은 마치 악몽에 나오는 괴물처럼 될 것입니다. 현대를 살아가는 동물처럼 더 많은 연부조직과 통통한 배, 가슴, 피부, 입술, 잇몸을 가진 공룡을 상상해보면 공룡은 더 재미있는 생물처럼 보일 것입니다.

색상도 마찬가지입니다. 살아있는 조류의 깃털은 어떤 것인지 알고 있기 때문에 현대의 기술과 폭신폭신 깃털의 흔적이 저장된 매우 희귀 화석을 결합하여 멸종한 공룡의 진면목을 엿볼 수 있습니다.

그러나 멸종한 공룡 대부분은 어떤 색을 하고 있었는지는 알 수 없습니다. 현대의 공룡인 조류가 놀라울 정도로 다양한 모습을 하고 있는 것을 고려하면 환경으로 위장하거나 동료를 모으거나 위험한 존재임을 나타내는 공격적인 색을 한 공룡도 있었을 것입니다.

마찬가지로 공룡의 행동에 대해서도 너무 많은 것을 발견하지 못했지만, 역시 현존하는 동물에서 추론할 수 있습니다. 예를 들어 사자와 같은 생태계의 정점에 위치하는 육식동물조차도 많은 시간을 눕거나 포옹하거나 핥고 놀며 시간을 보내고 있습니다.

한편 공룡이 살았던 시대의 최강의 육식동물인 티라노사우르스의 두개골 화석에서는 강인한 치아와 치악력에 사납고 바보같은 동물이라고 묘사되어 왔습니다.

그러나 최신 스캔기술은 티라노사우루스는 다른 거대한 육식동물보다 뇌의 비율이 컸던 것으로 밝혀지고 있습니다. 또 매우 날카로운 청각, 시각, 후각을 가지고 있어 결코 바보같은 동물은 아니었던 것으로 보입니다.

이 같은 화석이 되는 조건을 고려하면 지금 살아있는 야생동물 대부분은 아마도 화석을 남기지 않고 영원히 사라져 버릴 것입니다. 그러나 다행스럽게도 인류는 생물의 멸종을 가속화시키는 것이 아니라, 생명의 수호자로서 현존하는 생물을 보호할 수 있다고 Kurzgesagt는 마무리합니다.

척추동물 중 가장 장수하는 그린란드 상어와 세계 최대의 발광동물인 Kitefin shark 등 상어는 엄청난 능력과 특징을 가지고 있습니다. 그 중에도 포식동물로써 사상 최대의 체격을 가지고 있었다고 알려진 고대의 거대한 상어 '메갈로돈'에 대해 과학뉴스 사이트 Live Science가 설명합니다.

7 megalodon shark facts that will blow your mind | Live Science
https://www.livescience.com/facts-about-megalodon.html

◆ 1 : 치아 화석이 '드래곤의 혀'라고 불렸다

메갈로돈의 치아는 길이가 10~12cm에 달하는 것도 있었기 때문에, 중세 유럽 사람들은 메갈로돈의 치아 화석을 드래곤 혀끝이라고 생각했다고 합니다. 또 17세기 무렵에는 메갈로돈의 치아가 독을 없애는 부적으로 소중히 다루어지고 있었다는 기록도 남아 있습니다.

메갈로돈은 연골어류이므로 일반적으로 전신의 골격이 발견되지 않았지만, 치아 화석은 비교적 잘 발견되고 있습니다. 그 이유는 메갈로돈의 치아가 1~2주마다 교체되어 1마리의 메갈로돈이 일생 동안에 만들어내는 치아가 약 4만 개에 달할 것으로 추산되기 때문입니다. 이러한 치아의 일부가 해저에 가라앉아 화석이 되어 현대에 발견됩니다.

◆ 2 : 코끼리의 8배 이상의 체중

일설에 따르면, 메갈로돈은 몸길이가 17.9미터에 달하며 무게는 최대 65톤으로 아프리카코끼리의 체중이 5.8 ~ 7.5톤 가량인 것을 감안하면 메갈로돈은 현생하는 육지동물 중 가장 큰 아프리카코끼리보다 약 8배 이상의 무게를 자랑합니다. 백상아리의 평균 체장 4 ~ 4.9미터, 무게 680 ~ 1100kg와 비교하면, 메갈로돈이 얼마나 거대한지 알 수 있습니다.

◆ 3 : 무는 힘이 사상 최강

메갈로돈의 턱 힘은 티라노사우루스의 6~10배로 추정되는데, 이것은 현재 알려진 어떤 동물보다 강력합니다. 추정에 따르면, 메갈로돈의 교합능력은 최대 18만 뉴턴 이상이라는 것. 그에 비해 백상아리의 교합능력은 1만 8219뉴턴, 인간은 1317뉴턴에 미치지 않습니다.

◆ 4 : 인류보다 오랫동안 지구를 지배

메갈로돈의 가장 오래된 화석은 지금으로부터 2000만 년 전의 것으로 360만 년 전에 멸종하기까지 약 1700만 년 동안 최대의 육식동물로 바다로 군림하고 있었다고 볼 수 있습니다. 그에 비해 인류는 아직 약 30만 년밖에 되지 않습니다.

이렇게 오랫동안 메갈로돈이 먹이사슬의 정점에 있을 수 있었던 요인은 바다에서 가장 큰 육식동물로 다른 동물의 대형화를 방지하고 위협을 제거했기 때문이라고 추정하는 과학자도 있습니다. 메갈로돈의 서식과 고래의 진화를 주제로 한 2014년의 연구에서 고래는 메갈로돈이 멸종한 직후에 급격히 몸집이 커진 것을 알 수 있었습니다.

◆ 5 : '리비아탄 멜빌레이'라는 라이벌

메갈로돈은 매우 거대한 상어였지만 같은 시대에 체장이 3~18미터나 되는 대형고래인 리비아탄 멜빌레이(Leviathan melvillei)도 서식하고 있었습니다. 리비아탄 멜빌레이의 학명은 구약성서에 기록된 바다괴물인 리바이어던(Leviathan)에서 따온 것입니다.

리비아탄 멜빌레이가 메갈로돈과 직접 경쟁했는지는 불분명하지만 리비아탄 멜빌레이가 길고 날카로운 치아를 갖추고 있었다는 점에서 당시의 바다에서 먹이를 둘러싼 양측의 생존경쟁이 벌어졌었을 것으로 보입니다.

◆ 6 : 모체의 뱃속에서 동족상잔

메갈로돈의 태아는 태어나기 전에 모체의 자궁 안에서 형제를 잡아먹어 성장할 공간을 확보해 태어날 시점에 몸길이가 2미터에 도달했다는 것. 백상아리에서도 같은 행동이 관찰되고 있습니다.

◆ 7 : 메갈로돈은 찬 수온 탓에 멸종

오랫동안 지구의 바다를 지배하고 있던 메갈로돈이지만, 약 360만 년 전에 지구가 한랭화하기 시작하면서 서식지가 크게 좁혀졌습니다. 메갈로돈은 항온동물과 같이 체온을 일정하게 유지할 수 없는 반면, 특수한 혈관과 근육으로 주위의 해수보다 체온을 높게 유지하는 능력을 가진 '중온동물'로 알려져 있습니다. 그러나 플리오세 말기에 수온이 저하되어 바다가 얼기 시작해 먹이인 고래와 물개, 바다거북 등이 추운 바다로 탈출한 영향으로 결국 멸종했습니다.

인간의 피부세포로 배양한 콩알 크기의 세포조직에서 인간의 태아와 비슷한 뇌파를 감지하는 데 성공했다는 논문이 발표되었습니다.

Complex Oscillatory Waves Emerging from Cortical Organoids Model Early Human Brain Network Development - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1934590919303376?via%3Dihub

Brain waves detected in mini-brains grown in a dish
https://phys.org/news/2019-08-brain-mini-brains-grown-dish.html

Brain Waves Have Been Detected Coming From 'Mini Brains' Grown in The Lab
https://www.sciencealert.com/brain-tissue-grown-in-the-lab-produces-brainwaves-resemblings-pre-term-babies

Organoids Are Not Brains. How Are They Making Brain Waves? - The New York Times
https://www.nytimes.com/2019/08/29/science/organoids-brain-alysson-muotri.html

배양된 세포에서 뇌파를 검출한 캘리포니아대학의 샌디에고교에서 신경과학을 연구하는 앨리슨 무오토리 교수 연구팀. 무오토리 교수는 교토대학의 iPS세포연구소 소장인 야마나카 교수가 UC샌디에고교에서 실시한 iPS세포에 관한 연구를 발전시켜 인간의 피부세포를 한 번 줄기세포로 변화시킨 후 뇌 오가노이드라 불리는 세포조직을 만드는 데 성공했습니다.

생성에서 10개월이 경과한 뇌 오가노이드.

오가노이드는 시험관 내에서 생성된 장기로, 실물의 장기보다 작고 단순한 조직이면서 진짜와 유사한 해부학적 구조를 가지고 있다는 특징이 있습니다. 오가노이드를 만들어내는 기술은 2010년대 초부터 급속한 발전을 이루어왔지만, 이번만큼 발전한 신경세포 네트워크를 가진 뇌 오가노이드가 시험관 내에서 만들어진 사례는 이번이 처음이라는 것.

무오토리 교수는 "이번에 만들어진 뇌 오가노이드는 신경이 발달하는 메커니즘의 규명이나 질병 모델링, 약물시험, 심지어 AI기술의 응용에 이르기까지 다양한 분야에서 활용이 가능하다"고 설명합니다.

또한 연구팀은 여러 뇌 오가노이드가 생성된 후 2개월이 지난 무렵부터 폭발적으로 뇌파를 방출하고 있다는 것을 밝혀냈습니다. 뇌파의 신호는 제각각이었지만, 일정한 주파수로 발생하고 있었으며, 이것은 발달의 초기단계에 있는 인간태아의 뇌파에 가까운 것이라고 합니다. 그래서 연구팀은 생후 6개월~9개월 반의 미숙아 39명에게서 얻은 뇌파로 AI를 훈련했고 다중전극 어레이라는 장치로 측정한 뇌 오가노이드의 신경활동을 분석시켰습니다.

연구팀이 사용한 다중전극어레이(왼쪽)와 계측용 로봇(오른쪽)

그 후 AI에 뇌 오가노이드의 뇌파를 입력해 '발생에서 몇 개월째인 태아'인지를 대답하게 했는데, 실제로 뇌 오가노이드를 배양한 기간과 높은 정밀도로 일치했습니다. 무오토리 교수는 이에 대해 "뇌 오가노이드가 인간의 뇌와 비슷한 성장과정을 거친다는 것을 시사한다"고 설명합니다.

한편 실험실에서 생성된 뇌 오가노이드에서는 '9 ~ 10개월에 성장이 멈춘다'라는 문제도 발생하고 있으며, 그 원인은 현재 규명되지 않았습니다. 무오토리 교수는 "조직에 영양을 전달하는 혈관신생의 문제인지, 혹은 감각기관에서 얻을 수 있는 자극의 입력이 없는 것이 원인"이라고 보고 앞으로 그것에 대한 실험을 진행시켜 나갈 생각이라고 합니다.

무오토리 교수 연구팀은 향후 뇌 오가노이드를 더욱 개량하여 자폐증 · 간질 · 정신분열증 등 신경망의 기능부전에 기인한다고 의심되는 질환과 그 치료법에 대한 연구를 진행할 예정이라고 합니다.

또 뇌 오가노이드에서 검출된 뇌파에 대해 무오토리 교수는 "뇌 오가노이드는 아주 단순한 모델이므로 실제 뇌와 같은 활동과는 무관하다고 생각한다"며 뇌 오가노이드가 의식을 가지고 있을 가능성은 낮다는 견해를 나타냈습니다. 동시에 "뇌 오가노이드가 진짜 뇌에 가까워질수록 윤리적 반발이 분출하는 것은 피할 수 없다"며 신중하게 연구를 진행시켜 나갈 것이라고 말합니다.

배양한 뇌에 안배라는 기관을 갖춘 깨끗한 눈을 형성시키는 데 성공했다는 논문이 2021년 8월 17일에 발표되었습니다. 사람의 뇌를 연구하기 위해 실험실에서 만들어진 소형 크기의 뇌와 눈은 빛에 반응하는 신경조직의 활동 등이 확인되면서, 향후 망막질환의 연구 및 의료용 망막의 제조에 도움이 될 것으로 기대되고 있습니다.

Human brain organoids assemble functionally integrated bilateral optic vesicles: Cell Stem Cell
https://www.cell.com/cell-stem-cell/pdfExtended/S1934-5909(21)00295-2

Brain organoids develop optic cups that respo | EurekAlert!
https://www.eurekalert.org/news-releases/925127

Scientists Grew Stem Cell 'Mini Brains'. Then, The Brains Sort-of Developed Eyes
https://www.sciencealert.com/scientists-used-stem-cells-to-make-mini-brains-they-grew-rudimentary-eyes

Mini Brains Grown From Stem Cells Developed Light-Sensitive, Eye-Like Features | Smart News | Smithsonian Magazine
https://www.smithsonianmag.com/smart-news/mini-brains-grown-stem-cells-developed-eyes-can-sense-light-180978478/

인간의 iPS세포를 이용하여 실험실에서 만들어진 뇌는 '뇌 오가노이드'라고 불리고 있으며, 과거의 연구에서는 콩알 크기의 뇌 오가노이드에서 태아와 같은 뇌파를 감지하는 데에도 성공했습니다.

Complex Oscillatory Waves Emerging from Cortical Organoids Model Early Human Brain Network Development - ScienceDirect
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1934590919303376?via%3Dihub

Brain waves detected in mini-brains grown in a dish
https://phys.org/news/2019-08-brain-mini-brains-grown-dish.html

이러한 뇌 오가노이드는 매우 간단한 구조를 하고 있기 때문에 '의식이 발생하지는 않는다'고 생각되어지고 있는 반면, 인간의 뇌세포에서 형성된 살아있는 조직이기 때문에, 신경의 발달 메커니즘의 규명이나 뇌의 질병 모델링, 약물시험 등에 도움이 되고 있습니다.

이전부터 안배와 안포 등의 원시적인 안구조직의 발달에 대해 연구하고 있던 독일 · 뒤셀도르프대학병원의 제이 고파라크리슈난 박사 연구팀은 '눈의 조직을 직접 배양하는 것이 아니라 뇌 오가노이드에서 눈을 발생시키기' 위해 먼저 4명의 기증자 유래의 iPS세포를 준비했습니다.

그리고 이전에 개발한 '줄기세포를 신경조직으로 변화시키는 기술'을 응용하여 배양액에 비타민A의 일종인 초산 레티놀을 첨가하여 시신경의 일종인 시신경유두를 가진 뇌 오가노이드를 만들었습니다.

이 뇌 오가노이드를 배양한 결과 총 314개 중 72%에서 시신경을 형성시키는 데 성공했습니다. 빠른 것은 작성 후 30일 즈음에 안포를 형성시켜, 60일 후에는 성숙한 시신경을 갖게 되었습니다. 이 뇌 오가노이드의 발달속도는 인간태아의 안구의 발달시기와 거의 일치하고 있다고 합니다.

연구팀이 만든 뇌 오가노이드는 다양한 종류의 망막세포를 갖추고 있어 수정체와 각막 등의 조직 외에도 빛에 반응하여 활동하는 신경세포의 네트워크도 확인되었습니다. 연구팀은 시신경의 배양 자체는 이전부터 행해져 왔지만, 뇌 오가노이드에서 시신경유두를 형성한 연구는 이번이 처음이라고 설명합니다.

고파라크리슈난 박사는 이번 연구결과에 대해 "포유류의 뇌는 망막신경절 세포의 신경섬유가 뻗어 뇌와 연결하는 것으로 알려져 있었지만, 그것이 in vitro, 즉 실험실 연구에서 증명된 사례는 이번이 처음"이라며 연구팀은 향후 시신경유두를 장기보존하는 기술을 개발하고 망막질병의 메커니즘을 규명하는 연구에 이바지할 방침이라고 합니다.

이탈리아에서 희귀한 상어가 죽은 채 표류하고 있는 상태로 발견되었는데 그 생김새가 '돼지와 비슷하다'고 SNS에서 화제를 불러일으키고 있습니다.

Sailors 'creeped out' after finding animal with body of shark and face of pig - Mirror Online
https://www.mirror.co.uk/news/weird-news/sailors-creeped-out-after-finding-24943440

‘Pig-faced Shark’ Discovered in Italy Leaves Sailors Baffled. Pictures are Viral
https://www.news18.com/news/buzz/pig-faced-shark-discovered-in-italy-leaves-sailors-baffled-pictures-are-viral-4191689.html

Bizarre pig-faced shark found dead in the Mediterranean Sea. Is it real? | Live Science
https://www.livescience.com/dead-pig-shark-pulled-from-mediterranean-sea

실제 촬영된 사진을 살펴보면 동그란 눈과 납작한 코가 돼지와 비슷합니다.

이 상어는 2021년 8월 19일에 티레니아해의 이탈리아령인 엘바섬 근교에서 사체가 해상을 떠돌고 있는 것을 이탈리아의 해군장교가 건져올렸습니다.

기묘한 생김새에 조사를 위해 항만에 반입된 상어는 Angular roughshark라는 종으로 판명났습니다. Angular roughshark는 국제적 자연보호 단체인 국제자연보전연맹이 멸종위기로 지정했고 일반적으로 수심 700미터 정도에서 서식하고 있기 때문에 그 모습을 볼 수 있는 기회는 드문 것으로 알려져 있습니다만, 해당 지역에 위치한 엘바수족관에 따르면 "생물다양성이 풍부한 토스카나제도에서는 이 상어가 관찰되는 경우가 매우 일반적이어서 여러 차례 'Pig fish'가 어망에 걸렸다는 보고를 받았다"며 물에서 건져올려질 때 내는 울음소리도 돼지와 유사하다"고 설명합니다.

실험실이나 박물관에서 볼 수 있는 유리병에 들어있는 생물표본 등에 방부제로 포름알데히드의 수용액(상표명 : 포르말린) 외에 자주 사용되는 것이 알코올입니다. 알코올 음료와 손소독제 등으로 친숙한 알코올이 수백 년 동안 샘플을 저장할 수 있는 메커니즘을 학술계 뉴스사이트인 Live Science가 설명합니다.

Why is alcohol used to preserve things? | Live Science
https://www.livescience.com/why-alcohol-preserves.html

인디애나대학의 블루밍턴캠퍼스에서 화학을 가르치는 빌 캐롤 씨는 높은 알코올 농도가 미생물의 발생을 억제한다며 와인을 예로 들어 "와인은 효모가 포도당의 당분을 먹고 알코올을 만듭니다. 그러나 알코올의 농도가 너무 높으면 효모에게도 독이 되고 효모조차도 사멸해 버린다"고 설명합니다. 캘리포니아산 와인 전문 뉴스 및 리뷰사이트 California Wine Advisor에 따르면, 14% 정도의 알코올 농도가 있으면 미생물의 번식을 수년 억제하는 것이 가능하다고 합니다.

또 워싱턴주에 위치한 버크박물관에서 어류의 컬렉션을 담당하는 캐서린 마스레니코흐 씨는 "동물 등의 유기물을 저장하려면 더 높은 알코올 농도가 필요하다"며 물고기를 표본으로 보관하려면 먼저 포르말린을 주입하여 효소의 작용 등에 의한 열화를 정지시킨 후, 농도 70%의 알코올을 넣은 병에 샘플을 채워 물고기를 표본화한다고 설명합니다.

마스레니코흐 씨는 ''70%는 바로 마법의 배합입니다. 물도 충분히 포함되어 있어서 신체조직의 수분이 손실되지 않고 형태를 남긴 채 저장할 수 있다"고 말합니다.

더 높은 알코올 농도, 예를 들어 95%의 에탄올은 탈수제로서 작용하기 때문에 세포나 신체조직의 수분을 알코올로 대체하려는 경우에 사용됩니다. 그러나 아칸소주립대학이 공개한 'Ask a Biologist'란에 따르면 알코올 농도가 너무 높아서 수분이 부족해지면 단백질이 변성되어 표본이 굳어버릴 우려가 있다고 합니다. 또 이 작용을 이용해 세포에 DNA를 저장하는 방법도 존재합니다.

알코올 농도가 너무 높아도 너무 적어도 문제입니다. 캔자스대학의 생태연구센터에 근무하는 크리스토퍼 로저스 교수는 "표본의 신체조직에 충분한 수분이 남아있으면 알코올이 희석되어 동물의 창자 등의 살균이 불충분하게 되어, 미생물에 의해 표본이 분해될 수도 있습니다. 이를 방지하기 위해 24시간 알코올에 담근 후 알코올을 교환하는 것이 중요하다"고 강조합니다.

캐롤 씨는 알코올로 표본을 만드는 요령에 대해 "알코올을 방부제로 사용하기 위해서는 미생물의 번식을 억제하면서 표본의 세포구조를 파괴하지 않도록 최적의 알코올 농도를 탐구해야 한다"고 설명합니다.