모든 원시적인 상태의 네발동물은 몸의 일부를 재생할 수 있는 능력을 가지고 있었을 가능성이 있다고

[사이언스 데일리] 고생물학자들로 이루어진 연구팀이 화석 양서류에 대한 새로운 연구를 통해 네 다리를 가진 척추동물의 조상은 원래 현생 도롱뇽의 놀라운 재생능력을 가지고 있었으나 이후 진화 과정에서 이러한 재생능력을 잃었을 가능성이 높다는 것을 보였다.

(2015년 10월 26일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 브라운 대학

독일의 전기 페름기 지층에서 발견된 화석 양서류 미크로멜레르페톤 크레드네리 (Micromelerpeton credneri) 의 복원도. 앞다리가 재생되는 과정 및 그 결과 만들어진 기형 손을 볼 수 있다. Credit: Kalliopi Monoyios - Science Illustration and Communication

독일의 전기 페름기 지층에서 발견된 화석 양서류 미크로멜레르페톤 크레드네리 (Micromelerpeton credneri) 의 복원도. 앞다리가 재생되는 과정 및 그 결과 만들어진 기형 손을 볼 수 있다. Credit: Kalliopi Monoyios – Science Illustration and Communication

베를린 자연사박물관, 뉴욕주립대학 오스웨고, 그리고 브라운 대학의 고생물학자들로 이루어진 연구팀이 화석 양서류에 대한 새로운 연구를 통해 네 다리를 가진 척추동물의 조상은 원래 현생 도롱뇽의 놀라운 재생능력을 가지고 있었으나 이후 진화 과정에서 이러한 재생능력을 잃었을 가능성이 높다는 것을 보였다.

도롱뇽은 다리와 꼬리, 그리고 내장기관 등이 상처를 입거나 잘려나갔을 때 이를 재생하는 놀랄만한 능력을 전 생애에 걸쳐 반복적으로 보여주어 현생 네발동물 중 특별한 존재이다. 이러한 고도의 재생능력을 제어하는 기작에 대해서는 언젠가는 의학 쪽에서 사람에 대해 적용할 수 있게 되리라는 기대로 여러 연구분야에서 관심을 기울이고 있다.

도롱뇽은 다리를 재생할 수 있는 능력 뿐만 아니라 배아발생 과정에서 다리가 발생하는 방식도 특별하다. 일반적으로 다리 발생 과정은 모든 네발동물 (다리가 넷 달린 척추동물) — 개구리에서부터 인간까지 — 에서 척추동물의 다리가 엄청나게 다양한 모양과 기능을 가지고 있음에도 불구하고 아주 보수적인 과정을 따른다.

“도롱뇽은 다른 모든 네발달린 척추동물들과 비교했을 때 거꾸로 된 순서로 손가락을 형성합니다. 과학자들은 1세기가 넘도록 이 현상에 대해 어리둥절해 왔습니다.” 이번 연구의 제 1 저자인 나디아 프뢰비쉬 박사의 말이다. “우리가 답을 찾고자 하는 문제는 이렇게 다른 방식으로 다리가 발생하는 것이 고도의 재생능력과 진화적으로 연결되어 있는지, 연결되어 있다면 어떻게 연결되어 있는지 하는 것입니다.”

도롱뇽은 꼬리를 재생하는 능력도 마찬가지로 매우 뛰어나다.

“도마뱀은 보통 한두 번 꼬리를 재생할 수 있는데 이 경우 꼬리에 있는 척추뼈들을 연골로 만들어진 막대로 대신하는 것에 지나지 않습니다만, 도롱뇽은 척추, 신경배돌기, 그리고 연관된 근육등을 포함하여 진짜 꼬리를 재생합니다.” 연구의 공저자인 콘스탄츠 비켈만 박사의 말이다.

도롱뇽만이 아니다?

도롱뇽의 뛰어난 재생능력은 일반적으로 도롱뇽만이 가지고 있는 특별한 능력이라고 간주되어 왔다. 화석 기록으로부터 얻은 새로운 자료를 통해 현생 도롱뇽의 엄청난 재생능력의 진화에 대한 새로운 관점을 가질 수 있게 되었다. 저자들은 이 연구에서 석탄기와 페름기의 (약 3억 년 전) 여러 양서류 그룹들을 조사하여 여러 그룹의 화석 네발동물들이 이전까지는 전적으로 현생 도롱뇽에게서만 알려져 있던 방식으로 다리과 꼬리를 재생할 수 있었다는 것을 보였다.

“대다수의 현생 네발동물과 같은 방식으로 다리를 발생시키는 화석 그룹은 물론 현생 도롱뇽과 마찬가지로 거꾸로 된 다리 발생 패턴을 보이는 그룹, 이렇게 두 그룹 모두가 도롱뇽과 비슷한 재생능력을 가지고 있었다는 것을 보일 수 있었습니다.” 연구의 공저자인 뉴욕 주립대학 오스웨고의 제니퍼 올로리 박사의 말이다.

이번 연구에 사용된 화석은 여러 곳의 자연사박물관 컬렉션에 소장되어 있는 것으로 그 박물관들 중에는 베를린 자연사박물관도 포함되어 있다.

“이 양서류 화석들은 매우 좋은 조건에서 보존되었고 개체수도 많을 뿐더러 여러 발생단계를 보여주고 있습니다.” 연구의 공저자인 브라운 대학의 플로리안 위츠먼의 말이다. “아주 특별한 화석 기록 덕분에 다리 발생 및 재생에 대한 상세한 연구가 가능했습니다.”

이 연구를 통해 재생능력의 진화에 대한 중요한 통찰을 얻게 되었다. 많은 계통에서 재생능력이 사라졌으리라는 것이다.

“화석기록은 현생 도롱뇽의 다리 발생 형태과 뛰어난 재생능력이 도롱뇽만이 가지고 있는 특징이 아니며, 훨씬 널리 퍼져 있었을 수도, 어쩌면 모든 네발동물이 가지고 있던 원시적인 특징이었을 수도 있다는 것을 보여주고 있습니다. ” 나디아 프뢰비쉬의 말이다. “여러 네발동물 계통들이 진화 과정에서 최소한 한 번, 아마도 여러 번 독립적으로 이러한 뛰어난 재생능력을 잃어버린 것입니다. 그런 능력을 잃어버린 계통 중 하나가 포유류로 이어졌습니다.”

연구자들에 의하면 이번 새로운 발견은 놀라운 것이며 도롱뇽의 재생능력을 제어하는 기작을 밝히기 위한 생체의학 연구자들의 관심을 끌 것이라고 한다. 연구 결과를 보면 도롱뇽만이 가지고 있는 요인들 뿐 아니라 모든 육상척추동물이 공통으로 가지고 있는 진화적 유산에 해당하는 기작 역시 도롱뇽의 뛰어난 재생능력에 일정 정도 역할을 하고있다는 것을 알 수 있기 때문이다.

참고문헌

Florian Witzmann et al. Deep-time evolution of regeneration and preaxial polarity in tetrapod limb development. Nature, October 2015 DOI: 10.1038/nature15397

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카테고리:번역, 고생대, 고생물학, 기타척추동물, 사이언스 데일리

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