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선사시대까진 기어다니지 않았다?…뱀이 사지를 잃게 된 이유
2019-06-20 14:22:55
김준호
▲뱀은 사지가 없이 기어다니는 동물이다(사진=ⓒ픽사베이)

뱀이 기어다니는 이유를 분석한 연구 결과가 나왔다.

연구진은 뱀이 겪은 진화적 변화에 대한 통찰력을 제공하기 위해 연구를 수행했다.

연구진의 다른 동물 종 비교

연구진은 '표현형 상실이 진화에 있어 유전자 조절 경관의 광범위한 차이와 관련된다는 증거'라는 제목의 연구에서 뱀이 사지를 잃게 된 원인이 됐을지도 모를 유전 요인을 인식했다.

선사시대부터 현대까지 도마뱀과 뱀은 유사한 형질을 갖고 있었다. 이 두 가지 파충류의 조상은 1억 년 이상 전에 나타났다.

이 연구에 참여한 막스플랑크 분자 세포 생물학 연구소의 줄리아나 구손 로시토는 "지하에 사는 포유 동물들 사이에서 시력의 퇴행을 연구하면서 이 과정 전반에 걸친 더 큰 그림을 볼 수 있었다"고 말했다.

연구진은 게놈이 진화 과정에서 어떻게 바뀌는지를 자세히 관찰했고 그 결과 표현형이 어떻게 바뀌는지에 집중했다.

게놈은 세포 안에 있는 유전자이고 표현형은 동물 종에 따라 게놈이 환경과 상호 작용한 뒤 신체적으로 나타나는 특성이다.

연구진은 다양한 종류의 척추 동물 종으로부터 게놈을 분석했다. 또 지하에 사는 포유 동물과 뱀의 변화에 영향을 미치는 게놈을 연구했다.

이들은 다른 동물 종에서 변하지 않는 유전적 특성, 즉 정상적인 시력과 사지를 결정하는 특성에 대해 연구했다.

▲막스플랑크 분자 세포 생물학 및 유전학 연구소(사진=ⓒ구글)

이 동물들의 유전적 변화는 무엇을 의미하는가?

로시토는 "많은 유전자를 잃어버린 지하 포유 동물들의 시각이 퇴화했다"고 설명했다.

이 유전자에는 망막의 광수용체 세포와 수정체 세포 등이 포함돼 있다. 즉, 두더지 등 땅 속에 사는 포유류들은 유전자 변이 때문에 시력을 잃게 됐다.

그러나 이것은 뱀에게 영향을 미친 변화와는 다르다. 뱀의 경우, 사지 형성과 관련된 유전자를 잃지 않았다.

연구진이 발견한 바에 따르면 뱀의 게놈 서열은 하나의 유전자를 잃었는데 그것이 사지 형성과 관련된 유전자는 아니었다. 그래서 연구진은 유전자 자체의 손실보다는 그 발현을 유지하는 요소에 집중했다.

유전자 발현은 유전자 정보의 조절 요소에 따라 달라진다. 이것은 리보핵산 또는 RNA로 암호화되고 나중에 RNA가 신체의 단백질이 된다.

DNA나 디옥시리보핵산에서 발견되는 뉴클레오타이드는 근처의 유전자가 이를 조절한다. CREs는 종의 유전자 발현의 정량적 패턴과 시공간적 측면 모두를 제어할 수 있다.

로시토는 유기체의 일부분에서 유전자 발현을 예방하거나 활성화시킬 수있는 조절 요소에 사지 발현이 보함된다고 덧붙였다. 즉, 특정한 조절 요소가 사지 발현과 관련된 유전자의 발현 혹은 활성화를 멈출 수 있다는 것이다.

이 유전자가 발현되지 않으면서 뱀은 사지를 잃게 됐다. 다시 말해 뱀에게서 사라진 하나의 유전자는 바로 이 사지의 발현을 조절하는 유전자였다.

▲브라질에서 발견된 발이 달린 뱀의 화석(사진=ⓒ아나토미투유)

현대 뱀의 조상 연구

연구진은 5,000개 이상의 DNA 영역을 알아보고 광범위한 데이터베이스를 검색했다. 그러다가 선사시대 뱀의 사지에 영향을 준 돌연변이 유전자의 CREs를 얻었다.

이 뱀들은 사지가 없는 현대의 뱀으로 진화했다. 연구진은 CREs 세트를 확장하는 데 집중했다. 이들이 연구한 결과 CREs는 돌연변이가 된 뱀의 다른 여러 유전자의 유지 및 기능에 영향을 미친다.

로시토는 "우리 연구는 CREs 세트의 집합을 확장시켰다. 우리는 수많은 유전자를 조절하는 다른 여러 규제 요소가 뱀의 모습을 변화시켰음을 알아냈다"고 설명했다.

현대 과학자들 및 연구원의 끊임 없는 노력으로 자연 및 그 안에 서식하는 여러 동물들과 관련된 새로운 사실이 계속해서 발견되고 있다.

선사시대의 뱀은 유전자 형성 과정에서 진화론적 변화가 발생하면서 오늘날 우리가 익숙한 현대의 뱀의 됐다. 다른 동물들도 뱀이 경험한 것과 동일하거나 유사한 변화를 경험했을 가능성이 있다.

미래의 연구는 이런 질문과 이론들을 밝혀내는 과정이 될 것이다.

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