정자와 난자 수정 당시 기온에 따라 갈색 지방 비율이 달라져갈색 지방 많은 사람은 비만 위험, 각종 대사질환 발병률 낮아유럽 연구진이 서늘한 환경에서 생활한 남성이 낳은 자식들이 비만이나 각종 대사질환에 강하다는 사실을 확인했다. 스위스 취리히연방공과대(ETH), 취리히대학병원, 바젤대, 영국 바브라함 연구소, 웰컴트러스트 생어 연구소, 킹스칼리지런던대 공동연구팀이 정자와 난자가 수정되기 전에 낮은 온도에서 활동한 남성의 정자가 갈색 지방조직이 많은 자손을 낳는다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 의과학 분야 국제학술지 ‘네이처 메디슨’ 최신호에 실렸다. 포유류는 갈색지방조직과 백색지방조직을 갖고 있다. 세포 소기관인 미토콘드리아가 풍부한 갈색지방조직은 에너지를 소비해 체내 열을 만들어 내는 역할을 하기 때문에 갈색지방조직이 많은 사람들은 비만 위험은 물론 고지혈증, 고혈압 등 대사성 질환 발병률도 낮은 것으로 알려져 있다. 연구팀은 우선 취리히대학병원에 있는 성인 환자 8400명의 컴퓨터 단층촬영(CT) 영상과 체질량지수(BMI), 기본적인 환자 신상데이터를 비교분석했다. 그 결과 7~11월에 태어난 사람이 1~6월에 태어난 사람들보다 갈색지방 조직이 훨씬 많은 것으로 밝혀졌다. 7~11월에 태어난 사람들의 경우 정자와 난자의 수정이 된 시기가 비교적 추운 날씨였기 때문이라는 것이다. 연구팀은 이같은 상관관계를 실제 실험으로 검증하기 위해 생쥐를 두 그룹으로 나눠 한 그룹은 23도라는 비교적 따뜻한 환경에서 짝짓기를 하도록 하고 다른 그룹은 8도 정도의 추운 온도에서 짝짓기를 하도록 했다. 연구팀은 이후 태어난 새끼들을 분석한 결과 짝짓기 전후의 온도가 수컷의 정자에 큰 영향을 미친다는 사실을 밝혀냈다. 즉 온화하고 포근한 기온에서 생활하고 짝짓기한 수컷보다는 다소 추운 환경에서 생활하고 짝짓기한 수컷의 새끼들이 갈색지방 조직을 더 많이 갖고 태어나는 것으로 확인됐다. 또 갈색지방조직이 많은 새끼들은 성장한 뒤에도 과체중이나 비만으로 인한 대사장애를 겪지 않는 것으로 나타났다. 크리스티앙 볼프람 ETH 보건연구소 교수는 “이번 연구결과는 특정한 환경요인이 정자의 DNA에 영향을 줄 수 있다는 후성유전학적 사실을 새로 확인한 것”이라면서도 “건강한 아이를 낳기 위해 ‘차가운 물에서 수영하거나 추운 곳에서 관계를 가져야 하는가‘라고 묻는다면 좀 더 연구가 필요하다고 답할 수 밖에 없다”라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

지구상 모든 생명체의 삶과 죽음에는 DNA 유전정보를 담은 게놈(유전체)이 관여하고 있다. 사람은 32억쌍에 이르는 DNA 염기를 갖고 있는데 이 중 하나만 잘못돼도 희귀 유전병이나 암으로 고통을 받게 된다. 과학자들은 이 문제를 해결하기 위한 다양한 방법을 찾아왔지만 번번이 실패했다.그러던 중 최근 인간은 ‘유전자 가위’라는 강력한 도구를 손에 넣게 됐다. 유전자 가위는 DNA에서 문제를 일으키는 염기서열을 찾아 잘라내고 정상적인 유전자를 붙여 넣거나 특정 염기를 다른 염기로 교체하는 일종의 ‘유전자 편집 기술’이다. 현재 쓰이는 3세대 ‘크리스퍼’ 유전자 가위는 1, 2세대보다 만들기 쉽고 가격이 저렴해 많은 과학자들이 다양한 분야에서 활용하며 연구하고 있다. 유전자 가위를 이용한 ‘유전자 드라이브’로 페스트를 비롯해 각종 질병의 매개체가 되는 시궁쥐를 절멸시키는 연구가 진행되는가 하면 간에서 생성되는 콜레스테롤 양을 줄이도록 유전자를 편집해 심근경색을 예방하는 실험이 성공하기도 했다. 미국 캘리포니아 샌디에이고대(UC샌디에이고) 생명과학부 연구팀은 크리스퍼 유전자 가위 기술을 이용해 인류에게 해가 되는 개체군을 절멸시킬 수 있는 유전자 드라이브 기술을 확보했다고 생물학 분야 학술데이터베이스 ‘바이오아카이브’(bioRxiv) 4일자에 발표했다. 유전자 드라이브는 특정 유전자가 세대를 거듭하면서 후손들에게 유전되도록 해 결국 해당 종(種) 전체 개체의 유전형질을 바꾸는 기술이다. DNA의 특정 부분을 크리스퍼 가위로 자른 뒤 원하는 기능의 유전자를 붙인 다음 해당 생물종의 유전체에 심으면 생식과 번식을 반복하면서 특정 유전자가 전체에 퍼지는 원리이다. 이 때문에 많은 연구자들은 질병을 옮기는 유해 곤충을 없애거나 질병을 매개하는 기능 자체를 없애버리는 데 활용하기 위한 연구들을 진행하고 있다. 이미 지카바이러스나 말라리아, 뇌염 등을 옮기는 모기를 멸종시킬 수 있는 유전자 드라이브 기술은 실험실 수준에서 확보한 상태다. UC샌디에이고 연구팀은 페스트나 각종 질병의 매개체인 시궁쥐, 집쥐 등 설치류를 제거할 수 있는 유전자 드라이브를 이번에 구축한 것이다. 일반적인 유전법칙으로는 유전자가 후손에게 전달되는 비율은 50%이지만 이번 기술은 암컷 생쥐의 변이된 유전자를 전달할 수 있는 비율이 73%에 이른다. 그렇지만 호주 캔버라 국립대 게탄 버지오 유전학 교수를 비롯한 또 다른 유전자 가위 연구자들은 “유전자 드라이브가 실험실에서는 완벽하게 작동하겠지만 야생에서는 생각만큼 효과를 못 볼 수 있다”며 “유전자 드라이브가 해당 지역의 설치류 전체에 확산되기 위해서는 많은 시간이 걸릴 것이고 그 정도의 시간이면 종의 저항성도 생겨나 더 걷잡을 수 없는 상황이 될 수도 있을 것”이라고 우려했다. 또 미국 펜실베이니아대 의대, 생명공학기업 프리시전 바이오사이언스 공동연구팀은 크리스퍼 유전자 가위를 이용해 어른 마카크 원숭이의 간에서 ‘PCSK9’이라는 유전자를 편집하는 방식으로 ‘나쁜 콜레스테롤’로 알려진 LDL콜레스테롤 생산을 억제해 혈중 콜레스테롤 농도를 낮추는 데 성공했다고 생명공학 분야 국제학술지 ‘네이처 바이오테크놀로지’ 10일자에 발표했다. 연구팀은 인체에 무해한 아데노연관바이러스에 크리스퍼 유전자 가위를 탑재시켜 마카크 원숭이의 간으로 전달했다. 유전자 가위를 주입하고 4개월 뒤 6마리의 어른 원숭이 간에서 PCSK9 유전자가 기능을 하지 못하게 되면서 혈중 LDL콜레스테롤이 60% 이상 감소됐다고 연구팀은 보고했다. 연구팀은 PCSK9 유전자를 편집해 치료하는 방법이 동물실험을 통해 검증된 만큼 일부 문제점을 개선하면 PCSK9 차단제를 복용할 수 없는 심장질환 환자들에게도 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 제임스 윌슨 펜실베이니아대 유전자치료학 교수는 “이번 연구를 통해 유전자 가위 기술이 인간을 제외한 영장류에서도 효과적으로 작동한다는 사실을 확인하게 됐다”며 “원숭이의 몸에 별다른 문제 없이 콜레스테롤 생성을 억제할 수 있다는 것은 기술의 안정성을 증명하는 것”이라고 강조했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

‘CSI’ 같은 범죄드라마나 추리소설 뿐만 아니라 실제 범죄현장에서도 혈흔은 수사에 중요한 단서가 된다. 이 때문에 혈흔은 ‘소리 없는 목격자’라고도 부른다. 최근 과학자들이 범죄현장에 남은 핏방울로 용의자의 나이는 물론 앓고 있는 질병까지 알아낼 수 있는 방법을 찾았다.벨기에 루벤대 공공보건학과, 인간유전학과, 병리학 및 진단영상학과, 법의학과 공동연구팀이 DNA메틸화 분석법으로 범죄 현장의 미세한 혈액만으로도 용의자의 나이, 평소 앓는 질병 등을 파악할 수 있게 됐다고 5일 밝혔다. 이번 연구결과는 유전학 분야 국제학술지 ‘트렌드 인 지네틱스’ 7월호에 실렸다. 지금까지는 현장에서 발견된 혈액에서 추출된 유전정보를 DNA 데이터베이스와 비교해 범인이나 실종자의 것과 일치하는지에 대한 ‘DNA 지문검사’ 방식이 주로 수사에 활용됐다. 연구팀은 후생유전학 연구에서 활용되는 DNA 메틸화 반응을 분석해 역연령 추정이나 추가적인 임상정보와 연계시키는 것에 착안해 법의학적 관점에서 DNA를 이용해 연령을 추정하고 병력(病歷) 등을 확인할 수 있는 방법을 개발했다. 인체를 구성하고 있는 DNA, RNA, 단백질이 기본적 구조를 변경하지 않고 생활환경 등 후천적 요인으로 결합방법이 변화돼 분자의 기능이나 조절상태가 달라지는 것이 후성유전학이다. 후성유전학에서 주목하고 있는 부분이 바로 DNA 메틸화 반응이다. DNA 메틸화는 환경에 따라 세포 내 유전자 표현형이 달라지는 것으로 최근에는 혈액 내 DNA 메틸화 수치를 검사해 각종 암의 발병 여부를 검진하는데 활용되고 있다. 특히 DNA 메틸화 패턴은 나이에 따라 변화되기 때문에 범죄 현장에서 핏자국을 남긴 사람의 나이까지 정확하게 추정할 수 있다. 연구팀은 피 뿐만 아니라 땀이나 타액을 통해 DNA 메틸화 패턴을 분석해 수사에 활용할 수 있게 됨에 따라 과학수사의 범위가 더 넓고 정확해지게 된다고 설명했다. 그러나 과학계 한 편에서는 “DNA 메틸화는 부분적으로 유전이 가능하기 때문에 용의자 본인의 프라이버시 뿐만 아니라 부모, 형제, 자식들의 문제와도 연관되기 때문에 활용에 엄격한 윤리적 기준이 필요하다”라고 지적하고 있다. 현대 과학기술로는 혈액에서 특정 단백질의 코딩 시퀀스를 분석해 피부색이나 눈의 색깔 등 ‘식별 가능한 정보’를 파악할 수 있는 기술을 확보했지만 많은 국가들이 프라이버시 문제 때문에 활용을 금지하고 있다. 이에 대해 연구를 주도한 마샤 샤바니 루벤대 박사는 “DNA 메틸화 분석기법이 현재는 수사에 활용되고 있지 않지만 점차 타당성과 신뢰성을 확보해나가고 있는 만큼 조만간 범죄수사에 쓰일 수 있을 것”이라며 “과학 윤리학자들이 지적하고 있는 것처럼 프라이버시 문제를 비롯한 어떤 윤리적 경계를 무너뜨리지 않는 방법도 추가로 연구 중”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영국과 미국, 포르투갈 연구진이 ‘행복 호르몬’으로 불리는 세로토닌이 학습에 도움을 준다는 연구결과를 발표해 주목받고 있다.영국 런던대 전산신경과학과, 막스플랑크-UCL 전산정신과학 및 노화연구소, 미국 캘리포니아공과대(칼텍) 인문사회학부, 포르투갈 챔팔리모드 연구소 공동연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 세로토닌이 학습능력은 물론 학습속도를 높이는데 도움을 준다는 연구결과를 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 26일자에 발표했다. 세로토닌은 혈관벽이 손상되면 혈소판에서 분비돼 혈액을 응고시키고 혈관벽을 수축시켜 출혈을 막는 물질이다. 혈관 뿐만 아니라 뇌 시상하부, 대뇌기저핵 같은 중추신경계에도 존재하면서 신경전달물질로 작용한다. 스트레스를 받을 경우 세로토닌 분비가 줄어들어 우울감과 좌절감을 느끼게 되고 세로토닌 농도가 높아지면 행복감, 만족감이 높아지는 것으로 알려져 흔히 ‘행복 호르몬’이라고 부르기도 하며 우울증을 치료하는데 활용하려는 시도들이 있다. 연구팀은 8마리 생쥐를 대상으로 4마리는 뇌에 LED 전극을 심어 빛을 쬐어주면 세로토닌이 분비되도록 한 광유전학 장치를 하고 나머지 4마리에는 아무런 장치를 하지 않았다. 연구팀은 8마리를 대상으로 다양한 형태의 보상 실험을 실시하면서 인공지능(AI)의 기계학습에서 활용되는 강화학습 원리를 바탕으로 컴퓨터가 쥐의 행동을 기록하도록 했다. 연구팀은 실험 과정 내내 LED가 심어져 있는 생쥐에게는 끊임없이 세로토닌을 분비하도록 자극을 줬는데 일반 생쥐에 비해 실패에서 배우는 속도가 2~3배 가량 빠르고 새로운 문제 상황을 빠르게 적응하고 인식한다는 사실을 확인했다. 기요히토 리가야 칼텍 박사는 “이번 연구는 행복감이 학습능력과 속도에도 영향을 미친다는 사실을 보여주는 것”이라며 “우울증 치료에 있어서도 단순히 약물 치료 뿐만 아니라 인지행동 변화를 통해 세로토닌이 분비될 수 있도록 병행치료하는 것이 도움을 준다는 사실을 알 수 있다”라고 설명했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

국내 연구진이 시스템 생물학 기법을 활용해 식물 노화와 관련된 유전자 간 상호작용을 분석하고 핵심 유전자를 찾아냈다.기초과학연구원(IBS) 식물노화·수명연구단 황대희 부단장팀은 애기장대라는 식물에서 노화 속도 조절에 관여하는 유전자를 찾고 이 유전자들의 관계를 네트워크로 분석하는 데 성공했다고 24일 밝혔다. 이번 연구 결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 최신호에 발표됐다. 식물의 노화 정도와 형태는 다양한 종류의 유전자가 어떻게 연결되는가에 따라 달라지는데 지금까지 분자유전학적 방법으로 노화 현상을 이해하는 데 한계가 있었다. 이에 연구팀은 유전자나 단백질 간 상호작용을 시간에 따라 분석할 수 있는 기법을 활용했다. 단백질 합성에 관여하는 RNA에 형광 처리를 해 그 밝기에 따라 유전자 발현을 시각적으로 보여 줄 수 있는 이 방법으로 식물 노화에 관여하는 유전자 49종의 상호 관계를 연계 분석했다. 그 결과 다른 유전자들과 가장 상호작용을 많이 하는 유전자 3종을 골라내는 데 성공했다. 이 유전자 3종은 노화를 촉진시키는 활성산소와 살리실산 반응을 억제하는 역할을 하는 것으로 밝혀졌다. 연구팀은 이들 3종 유전자 중 하나라도 없을 경우 잎이 말라가는 황화현상이 빨라지고 활성산소가 정상 식물보다 급격히 증가하면서 조기 노화 상태를 보인다는 사실을 확인했다. 황대희 부단장은 “식물 노화에 관련된 다양한 유전자들이 시간 변화에 따라 어떻게 네트워크를 구성하고 노화 속도를 조절하는지에 대해 알게 됨에 따라 노화를 늦추거나 촉진시키는 방법을 개발하는 데 도움이 될 것”이라고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

영양 부족에 사춘기 성장 멈춰 대중매체들에서 날씬한 몸매의 연예인들이 주목받으면서 청소년들 사이에서도 마른 몸매를 갖기 위해 다이어트를 하는 경우가 많다. 그렇지만 한창 커야 할 사춘기 청소년들이 무리하게 다이어트를 할 경우 성장 장애가 나타날 수 있다는 연구결과가 발표돼 주목받고 있다. 현서강 중앙대 생명과학과 교수팀이 초파리 유충의 영양상태가 악화될 경우 성호르몬이 증가돼 성장 관련 호르몬을 억제하면서 신체 성장속도가 늦춰진다는 사실을 규명했다고 24일 밝혔다. 이번 연구결과는 미국국립과학원에서 발행하는 국제학술지 ‘PNAS’ 21일자에 실렸다. 사람들뿐만 아니라 생물체 대부분이 유년기 급격한 성장을 위해서는 많은 에너지원이 필요하기 때문에 영양분 공급이 제한될 경우 개체 성장에 큰 영향을 미친다는 것은 잘 알려져 있다. 그렇지만 어떤 분자유전학적 과정을 거치는지에 대해서는 정확히 밝혀진 바 없다. 연구팀은 사람과 비슷한 성장 과정을 거치는 초파리를 이용해 성장과 영양상태의 상관관계를 실험했다. 초파리는 청소년기에 해당하는 유충 때 신체가 급격히 성장하다가 사춘기 후반부터 성장 속도가 서서히 늦춰진다. 연구팀은 사람의 사춘기와 같은 제3령기에 접어든 초파리 유충에게 영양분 공급을 제한했다. 그 결과 체내에 성호르몬인 엑다이손이 증가했고, 엑다이손이 증가하면서 인슐린 성장인자를 억제하는 호르몬 양이 늘어나는 것을 발견했다. 인슐린 성장 신호가 억제되면서 초파리의 신체 성장속도는 느려져 정상적으로 영양분을 공급받은 초파리들보다 크기가 작은 상태로 성충이 되는 것을 확인했다. 연구팀은 앞서 2012년 초파리 실험을 통해 성호르몬이 몸의 크기를 조절한다는 사실을 밝혀내기도 했다. 현 교수는 “이번 연구는 사춘기 시기 영양 부족이 성호르몬과 성장호르몬 신호를 변화시키는 과정을 처음으로 규명한 것”이라며 “사춘기 성장 장애에 대한 새로운 치료 및 예방법을 개발하는 데 도움을 줄 것으로 기대한다”고 말했다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

이미 몇십 년전 멸종한 태즈메이니아 주머니늑대를 호주 과학자들이 복제 기술로 복원하는 연구를 진행하고 있는 것으로 전해졌다. 최근 영국 일간 텔레그래프와 데일리메일 등 외신은 이들 과학자가 오늘날 과학 기술의 발전에 힘입어 태즈메이니아 주머니늑대뿐만 아니라 다른 멸종동물들을 복원해내는 데 그 어느 때보다 근접했다고 전했다. 태즈메이니아 주머니늑대를 복원하는 연구를 주도하고 있는 과학자는 호주의 생물학자 앤드루 파스크 멜버른대 생명과학과 교수다. 파스크 교수는 지난해 동료 과학자들과 함께 태즈메이니아 주머니늑대의 게놈 시퀀싱(DNA염기서열 정보의 해독)에 성공했다. 이들 연구자는 생후 4주째 폐사한 개체 ‘조이’의 표본 덕분에 주머니늑대의 유전자 청사진을 제작할 수 있었다고 밝혔다. 파스크 교수는 “조이 표본은 우리에게 주머니늑대의 특징에 관한 여러 정보를 줬다”면서 “우리는 이 동물의 생물학적 정보는 물론 집단 구조, 서식지, 다른 유대류와의 관계에 대해서도 알 수 있었다”고 설명했다. 사실 호주 과학자들보다 먼저 멸종동물 복원에 앞장서고 있는 과학자들이 있다. 그들은 바로 미국의 유전학자인 조지 처치 유전학과 교수가 이끄는 연구팀으로, 현재 아시아 코끼리의 DNA를 이용해 선사시대에 멸종한 매머드를 재현하는 연구를 진행하고 있다. 이에 대해 파스크 교수는 “처치 교수팀의 연구는 더는 공상과학(SF) 소설 속 내용이 아니다. 그건 과학 사실이다”면서 “그들은 매머드와 비슷한 생명체를 만들 수 있을 것”이라고 말했다. 태즈메이니아 주머니늑대는 허리 부분에 호랑이의 줄무늬와 비슷한 무늬가 있어 태즈메이니아 호랑이라고도 불린다. 그런 이들과 가장 가까운 근연종은 역시 허리 부분에 비슷한 줄무늬가 있는 주머니개미핥기가 있다. 하지만 두 종에는 여러 차이점이 있다. 파스크 교수는 “당신이 주머니개미핥기의 DNA를 주머니늑대처럼 보이게 하려면 훨씬 더 많은 변화를 일으켜야 하겠지만, 그런 변화를 일으키는 기술은 매머드 복원 연구자들 덕분에 지난 5년 안에 기하급수적으로 쉬워졌다”고 말했다. 한편 태즈메이니아 주머니늑대는 호주로 이주한 유럽 정착민들의 남획으로 멸종된 것으로 알려졌다. 1936년 호주 남동쪽 섬 태즈메이니아의 호바트에 있는 벤저민 동물원에 살던 마지막 개체가 폐사한 뒤 더는 발견되지 않아 1986년 멸종동물로 공식판결됐다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

미국 하버드대학 연구진이 이미 멸종된 포유류 동물인 매머드와 코끼리를 결합한 새로운 종(種)의 동물을 탄생시킬 것으로 알려졌다. 영국의 선데이텔레그래프의 최근 보도에서 하드대학이 조만간 매머드와 코끼리의 DNA가 섞인 혼종동물(hybrid animal)을 만들 구체적인 계획을 발표할 예정이라고 보도했다. 연구진은 지난 11년 간 이 혼성동물을 만들기 위한 사전 작업에 몰입해 왔으며, 지속적인 연구 끝에 구체적으로 배아를 만들고 이를 인공 자궁에서 키우는 방안에 대한 상세한 계획을 발표할 예정이다. 연구진은 그동안 멸종된 매머드의 DNA를 분석해 왔다. 연구진이 활용한 것은 북극에서 영하의 온도에 1만 년 이상 보존돼 있던 것으로, 이 DNA에는 세부적인 유전자 44개가 보존돼 있었다. 새로 ‘만들어질’ 이 동물은 기존의 매머드나 코끼리보다 몸집이 더 작을 수 있고, 밀렵꾼들의 포획에서 자유로울 수 있도록 엄니는 존재하지 않을 것으로 예상된다. 선데이텔레그래프에 따르면 현재 하버드대학 연구진이 가장 큰 난관으로 여기는 것은 몸집이 상당한 혼종동물을 키워낼 인공 자궁의 개발이다. 연구진은 지난 11년 간의 연구 끝에 쥐를 이용한 실험에서 인공자궁의 능력을 테스트했고 가시적인 성과를 거둘 수 있었다고 밝혔다. 연구에 참여하고 있는 조지 처치 유전학 교수는 “나의 목표는 매머드의 유전자까지 되살려내서 그것이 현실에서 살아 움직이도록 하는 것”이라면서 “우리에게는 부활시킬 수 있는 44개의 매머드 유전자가 있다”고 전했다. 이어 “만약 우리가 이 혼성동물을 야생으로 데리고 나온다면, 이것은 단순히 (기존 코끼리와 달리) 추위에 잘 견디는 코끼리 또는 단순히 매머드 유전자에 국한된 동물을 뛰어넘을 것”이라고 덧붙였다. 사진=123rf.com 송혜민 기자 huimin0217@seoul.co.kr

깊은 잠수는 물론 물속에서 13분 동안 잠수를 할 수 있는 사람들이 있다? 20일(현지시간) 영국 더선은 인도네시아의 ‘바다 유목민’으로 잘 알려진 물고기 종족 ‘바자우족’에 대해 보도했다. 1천 년 이상 동안 수상가옥에서 살며 바다를 지킨 바자우족은 나무로 만든 물안경을 낀 채 최대 70m 바다 속으로 잠수가 가능하며 수중에서 최대 13분까지 숨을 참을 수 있다. 이들은 ‘물고기 종족’으로 불릴 만큼 하루 일과의 60% 이상을 물에서 생활한다. 이들을 조사한 케임브리지대학 연구원 멜리사 일라도(Melissa Ilardo)는 “비장은 물속에 숨을 참을 때 혈액에 더 많은 산소를 공급하는 역할을 한다”면서 “바자우족의 비장(脾臟)은 육지에 거주하는 이웃 부족인 살루안족보다 50%정도 더 크다”고 밝혔다. 이어 “생리학 및 유전학 측면에서 인간의 비장에 관한 많은 정보는 없지만 깊은 곳까지 잠수하는 바다표범들은 큰 비장을 갖고 있다”며 “바자우족은 잠수를 하든 않하든 비장이 다른 부족들에 비해 확연히 컸다”고 설명했다. “유전자 중 25곳에서 확연한 차가 있있고 그중 비장의 크기를 결정하는 갑상선 호르몬을 통제하는 PDE10A로 알려진 유전자도 포함돼 있었다”고 덧붙였다. 멜리사 일라도는 이번 연구를 위해 인도네시아 자야 바크티에서 수개월간 머무르며 유전자 샘플을 채취하고 바자우족과 살루안족의 초음파 검사를 실시한 바 있다. 사진·영상= Science Magazine youtube 영상팀 seoultv@seoul.co.kr

세상의 모든 딱정벌레/패트리스 부샤르 엮음/김아림 옮김/사람의무늬/656쪽/5만원네크로필라 포르모사. 푸른색 등의 이 딱정벌레는 아시아와 오스트레일리아 열대림에 서식한다. 썩은 고기 안에서 구더기를 잡아먹으며 산다. 금속처럼 번들거리는 초록색 옷을 입은 람프리마색사슴벌레는 뉴기니와 인도네시아에서만 서식하는 딱정벌레다. 큰 턱에 여러 개의 이빨이 있고, 사이사이 노란색 강모가 촘촘하다. ‘세상의 모든 딱정벌레’는 이런 벌레 600종을 수록한 ‘딱정벌레 백과사전’이다. “600종이라니, 딱정벌레가 그렇게 많아?”라며 놀라지는 마시길. 전 세계 딱정벌레는 현재 약 40만종으로, 생태계 동물의 무려 4분의1 이상을 차지한다. 책은 과학자이자 국립 캐나다 곤충·거미·선충류 수집협회에서 딱정벌레목 담당 큐레이터로 일하는 패트리스 부샤르가 중요도를 따져 선별한 벌레들을 수록했다. 개별 종에 관한 컬러 사진과 설명은 물론 개체군 분포 지도, 비슷한 종 목록뿐만 아니라 분류학적인 희귀성과 벌레의 특이 행동도 함께 수록했다. 실제 딱정벌레의 크기를 함께 실어 크기를 가늠할 수 있게 했다. 책장을 넘기다 보면 딱정벌레의 다양성과 아름다움에 감탄이 절로 나온다. 오죽했으면 영국 유전학자 홀데인이 “딱정벌레에 대한 신의 과도한 사랑에서 우리는 신이 있음을 유추할 수 있다”고 했을까. 김기중 기자 gjkim@seoul.co.kr

사람들이 보이는 행동과 특성, 성격은 유전자(본성) 때문인지, 환경(양육)에 따른 결과인지에 대해서는 고대부터 현대까지 철학자는 물론 과학자들에게도 숙제로 남아있다.이런 상황에서 미국 생물학자들이 환경결정론에 무게를 싣는 연구결과를 발표해 주목받고 있다. 미국 솔크생물학연구소 유전학연구실 연구팀은 어미 양육태도와 환경에 따라 새끼의 DNA가 변한다는 연구결과를 세계적인 과학저널 ‘사이언스’ 23일자에 발표했다. 연구팀은 이번 연구에 앞서 2005년에 포유류 뇌에 있는 특정 유전자가 유전정보를 게놈의 한 지점에서 다른 지점으로 이동시킨다는 사실을 확인했다. ‘점프 유전자’로 이름붙인 L1유전자는 유전정보를 새로운 위치로 복사하거나 붙여넣기를 하는 것으로 연구팀이 밝혀냈다. 연구팀은 생쥐를 이용해 어미와 새끼간 친근감이 유전자에 어떤 영향을 미치는지 관찰했다. 연구팀은 어미 쥐가 새끼 쥐를 얼마나 많이 핥아주고 돌봐주는지를 살펴보고 새끼 쥐에게서 L1 유전자 발현 정도를 확인했다. 그 결과 좀 더 세심한 보호를 받은 생쥐의 해마에서 L1 유전자의 발현이 적게 나타났으며 두뇌의 유전적 다양성이 더 풍부한 것을 발견했다. 제대로 돌봄을 받지 못한 새끼의 해마에서는 복사된 L1 유전자가 더 많이 발견됐다. L1 유전자가 많이 나타난다는 것은 똑같은 유전자가 복사돼 여러 곳에 붙여넣어짐으로써 뇌 구조나 뇌신경회로가 단순해진다는 설명이다. 연구팀은 L1 축적이 뇌의 해마에서 많이 나타나고 뇌의 다른 부위나 신체조직에서는 나타나지 않는다는 것도 발견했다. 해마는 환경 자극에 민감하고 감정, 기억 등에 관여하는 것으로 알려진 뇌 부위다.연구자들은 이번 연구결과를 통해 어린 시절 환경이 사람의 뇌 발달에 어떤 영향을 미치는지에 대해서 좀 더 자세히 알 수 있게 해줄 것으로 기대하고 있다. 또 뇌 유전자의 변화나 미세조정이 긍정적으로 작용할 수도 있지만 우울증, 조현병 같은 신경정신질환은 물론 사이코패스 같은 정신장애에도 영향을 미칠 수 있다고 보고 있다. 트레이시 베드로시안 박사는 “그동안 많은 사람들이 DNA는 안정적이며 변하지 않는 것으로 알고 있었지만 이번 연구로 DNA도 환경 변화에 따라 달라질 수 있음을 알 수 있게 됐다”며 “변화된 DNA가 기능적으로 어떻게 달라지는지에 대해서는 추가 연구를 통해 밝혀낼 예정”이라고 설명했다. 그렇지만 미국 컬럼비아대 의대에서 뇌를 연구하고 있는 카이스트 출신 한국인 과학자 송새라 박사와 캘리포니아 샌디에고대(UC샌디에고) 의대에서 아동 뇌질환을 연구하는 조셉 그리슨 교수는 “L1은 설치류의 뇌에서 활발하게 나타난다”며 이번 연구결과를 사람에게 직접 연관시켜 이해하는 것은 무리라고 평하기도 했다. L1 관련 활성요소들이 설치류 게놈에서는 3000~4000개 정도 나타나지만 인간 게놈에서는 80~100개에 불과하다는 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr

바퀴벌레가 지구상에서 가장 더러운 곳에서도 죽지 않고 살아남을 수 있는 비밀이 DNA 연구로 밝혀졌다. 영국 일간 가디언은 20일(현지시간) 이날 학술지 네이처 커뮤니케이션스에 연구 논문을 소개했다. 중국 연구진이 수행한 이번 연구는 16세기 초 아프리카 대륙에서 미국으로 건너간 뒤 전 세계로 퍼져나간 미국 바퀴벌레(학명 Periplaneta americana)에 관한 것이다. 우리나라에서 이질바퀴로도 불리는 이들 곤충은 주택과 식당, 그리고 사무실에 숨어 살며 개체 수를 폭발적으로 늘리고 있다. 몸길이 5㎝까지 자랄 수 있는 미국 바퀴벌레는 더러운 화장실이나 부엌같이 어둡고 습기 찬 구석진 곳을 좋아하는데 연구진은 어떻게 이들이 더럽고 비위생적인 곳에서도 살 수 있는지를 이해하기 위해 전체 유전자 구성을 해독했다. 이를 통해 미국 바퀴벌레는 2만 개가 넘는 유전자를 갖고 있고 암호화 된 유전자가 인간 만큼 많은 것도 확인됐다. 연구를 주도한 중국과학원 산하 상하이 식물생리생태연구소에서 곤충 분자진화·집단유전학에 관한 프로젝트 연구를 진행하고 있는 잔솨이 교수는 미국 바퀴벌레의 DNA 배열 가운데 이들이 더러운 곳에 적응해 살아가는 데 도움이 되는 유전자가 특히 많다는 점을 확인했다. 잔 박사는 이들 바퀴벌레가 음식 냄새 중에서도 특히 가장 좋아하는 발효된 음식을 찾는 데 도움이 되는 넓은 범위의 유전자 덩어리를 갖고 있으며 체내에 해독체계를 구성해 독성 음식을 먹어도 살 수 있는 또 다른 유전자 그룹을 지니고 있다고 밝혔다. 이뿐만 아니라 이들 곤충의 어떤 유전자 묶음은 노출된 모든 세균으로부터 감염을 막기 위해 면역체계까지도 강화하는 것으로 확인됐다. 이런 모든 유전자가 함께 작용해 바퀴벌레의 생존력을 극도록 높이는 것이다. 또 이들 바퀴벌레가 지닌 놀라운 번식력 역시 유전자 덕분인 것으로 나타났다. 관련 유전자는 가장 많았다. 심지어 이들은 유충일 때 포식자에 의해 다리를 갉아 먹혀도 재생하는 놀라운 능력에 영향을 주는 유전자도 보유한 것으로 확인됐다. 연구진은 어떤 유전자들이 바퀴벌레들의 생존 열쇠가 되고 있는지 확인함으로써 이들 곤충을 더 잘 통제할 방법을 찾을 수 있으리라 생각하고 있다. 하지만 연구진은 이번 연구에서 흔히 “바퀴벌레는 핵전쟁이 일어나도 살아남을 것”이라는 주장을 뒷받침하는 유전적 증거는 하나도 발견되지 않았다고 지적했다. 이에 대해 잔 박사는 “이런 주장은 과장돼 있다고 생각한다”면서도 “아직 증명되지 않았을 뿐”이라고 말했다. 사진=lawren / 123RF 스톡 콘텐츠 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

지구에 사는 사람들 중 약 4%가 ‘공감각’이라는 신비한 현상을 경험한다. 이는 소리를 들을 때 색이 보이거나 어떤 단어를 읽을 때 어떤 색이 보이는 등 두 가지 이상이 감각이 한꺼번에 느껴지는 증상이다. 이런 현상은 오랫동안 과학자들을 당황하게 했지만, 한 최신 연구는 뇌에서 공감각이 일어나는 메커니즘을 해명할 새로운 단서를 제공한다. 미국 국립과학원회보(PNAS) 최신호(3월 5일자)에 실린 이번 연구는 공감각을 지닌 사람들의 뇌에 어떤 일이 일어나고 있는지 엿볼 방법을 제시한다. 연구에 참여한 네덜란드 막스플랑크 심리언어학연구소의 언어·유전학부 책임자 사이먼 피셔 박사는 “이전에 자기공명영상(MRI)을 이용한 여러 뇌 기능 연구는 공감각이 실제로 생물학적 현상이라는 점을 확인했다. 예를 들어, 색을 보면 소리가 들리는 등 특정 공감각을 지닌 사람들의 뇌를 스캔했을 때 시각과 청각 모두에 연결된 뇌 부위에 활동이 나타났다”고 설명했다. 실제로 “기존 연구에서는 공감각을 지닌 사람들의 뇌는 그렇지 않은 이들의 뇌보다 서로 다른 영역에서 더 많은 연결이 확인됐다”고 피셔 박사는 덧붙였다. 하지만 과학자들은 뇌에서 이렇게 서로 다른 연결이 일어나는 원인이 무엇인지를 밝히기 위해 애를 쓰고 있다. 그 답변을 피셔 박사와 그의 동료들은 유전학 연구에서 찾고 있다. 공감각은 종종 집안 내력으로 나타나므로, 연구팀은 이런 증상이 발생하는 원인을 유전자에서 찾기로 했다. 이들은 적어도 3세대(조부모·양친·자녀)에 걸쳐 소리와 색에 관한 공감각을 지니고 있는 세 가족을 찾아냈다. 그런데 조사 결과, 이들 참가자는 한 가족인 경우에도 같은 소리를 들었을 때 눈에 보이는 색상은 제각각이었다. 이런 현상은 세 가족 모두에게서 나타났다. 연구팀은 참가자들의 유전자를 연구하기 위해 DNA 염기서열 결정법(DNA sequencing)을 사용했다고 밝혔다. 그다음으로 공감각의 원인일 수 있는 유전자를 찾기 위해 공감각을 지니거나 지니지 않은 가족 구성원들의 유전자를 비교했다. 그런데 그 결과는 절대 간단하지 않았다. “세 가족 모두 공감각을 설명할 유전자는 단 하나도 발견되지 않은 것”이라고 피셔 박사는 설명했다. 이어 “그 대신 유전자 변이 가능성이 있는 후보 유전자 37가지를 발견했다”고 덧붙였다. 물론 이 연구는 표본 자체가 적으므로 후보 유전자 37개 중에서 공감각에 영향을 주는 특정 유전자를 찾기가 쉽지 않을지도 모른다. 이에 따라 연구팀은 각 유전자가 어떻게 공감각 발생과 관련이 있을 수 있는지 알아내기 위해 그 생물학적 기능을 살폈다. 피셔 박사는 “확인한 후보 유전자들 중 대부분은 상당히 강력한 몇몇 생물학적 특성만을 보였다”면서 “그 중 하나는 ‘엑소노제네시스’(axonogenesis)로, 뉴런이 발달 중인 뇌에서 서로 연결되는데 도움을 주는 중요한 과정”이라고 설명했다. 여기서 엑소노제네시스는 휴런에서 긴 줄기에 해당하는 축색(축삭) 돌기가 새롭게 형성되는 것을 뜻한다. 이런 현상은 공감각을 지닌 사람들의 뇌 검사에서 변화된 연결성이 이전 발견과 일치함을 의미한다고 피셔 박사는 말했다. 즉 이 연구에서 확인된 유전자들은 뇌가 어떻게 연결되는지 그 방식에 영향을 주며 공감각을 지닌 사람들의 뇌가 왜 다르게 보이는지를 잠재적으로 설명하는 것이다. 이제 연구팀은 앞으로 진행할 연구에 참여할 더 많은 지원자를 찾는다. 이를 통해 특정 유전자의 변이가 어떻게 뇌의 구조와 기능에 변화를 일으키는지 더 잘 이해하는 데 도움이 되리라 기대한다. 피셔 박사는 “공감각에 대한 연구는 근본적으로 인간의 전반적인 뇌가 외부세계의 감각적 표현을 어떻게 구현하는지 엿볼 기회를 제공할 것”이라고 말했다. 사진=윌런 음악원 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

얼굴은 인간을 어떻게 진화시켰는가/덤 윌킨스 지음/김수민 옮김 을유문화사/672쪽/2만 5000원“내가 왕이 될 상인가?” 2013년 개봉한 영화 ‘관상’에서 수양대군은 관상쟁이 김내경에게 얼굴을 들이밀며 이렇게 말한다. 수양대군이 왕위를 뺏으려 일으킨 ‘계유정난’을 배경으로 한 영화는 얼굴에 사람의 운명을 결정하는 힘이 있다는 관상학에서 사건을 바라본다. 수양대군 역할을 맡은 배우 이정재의 잘생긴 얼굴을 보노라면 다윈의 성 선택설이 설득력 있는 학설이라는 생각마저 든다. 얼굴이 사람의 운명까지 결정하는지는 제쳐 놓더라도 얼굴은 분명히 개인의 큰 자산임이 틀림없다.●인간만 얼굴에 다양한 감정 표현 가능 얼굴을 미추(美醜)가 아닌 과학적 차원에서 살펴보자. 분류학자들은 동물을 30개 집단으로 분류한다. 대다수 종은 ‘얼굴’이라는 게 없다. 갑각류와 곤충류를 포함하는 절지동물과 인간이 속한 척추동물 두 종만 얼굴을 가진다. 그리고 수많은 척추동물 가운데 오직 인간만 감정에 따라 미묘한 표정을 짓는다. 우리는 얼굴이 있다는 사실을 너무나 당연하게 여기지만, 인간의 얼굴이 어떻게, 그리고 왜 지금 모습이 됐는지 제대로 설명한 학설은 아직 없다. 35년을 유전학자이자 진화생물학자로 지낸 애덤 윌킨스가 ‘얼굴은 인간을 어떻게 진화시켰는가’를 쓰게 된 배경이다. 2011년부터 이 궁금증에 관한 해법을 찾기 위해 노력한 그는 각종 화석을 비롯해 유전학, 생물학, 인류학 등 인간 진화에 관한 방대한 이론을 살폈다. 저자는 5억년 전 최초 척추동물인 무악어류(턱이 없는 어류)부터 유악어류, 포유류, 영장류, 그리고 인간으로 이어지는 진화의 역사를 촘촘히 따라갔다. 그리고 진원류(원숭이, 유인원, 인간으로 구성된 영장류)의 얼굴을 분석해 5000만~5500만년 전 인간의 얼굴이 만들어진 과정과 그 특징을 뽑아냈다. 우선 벌레와 다른 작은 동물들을 먹는 식생활에서 과일을 먹는 식생활로 바뀌며 송곳니가 작아지고 주둥이가 축소됐다. 성 선택설, 환경 등에 따라 털은 점차 적어졌다. 두뇌 크기가 증가하면서 이마가 드러나고, 머리는 둥글어졌다. 눈의 간격은 좁아지고 전방을 향하게 됐다. 이런 변화는 표정을 더 잘 드러나게 했다.●두뇌 커지면서 표정 잘 읽을 수 있게 돼 얼굴의 진화는 두뇌 진화와 불가분 관계였다. 저자는 얼굴을 인식하는 능력이 인간 진화에 혁신을 가져왔다고 설명한다. 바로 ‘사회적 상호작용’이다. 두뇌가 커지면서 표정을 잘 읽게 된 것은 물론이거니와, 자신의 표정도 더 잘 조절할 수 있게 된 것이다. 표현력이 커지면서 무리의 동료와 사회적 상호작용도 촉진됐다. 저자는 이런 사회성 증가가 또다시 두뇌 진화에 중대한 영향을 미쳤으리라 추측했다. 사회 속에서 살아남으려고, 다시 말해 표정을 더 잘 읽으려고 두뇌가 더 복잡해진 것이다. 자발적으로 자신의 의사를 표현하고자 대뇌피질에 새로운 연결 요소가 추가되면서 진화가 뒤따랐다. 다만 이런 일들은 순차적으로, 모든 종에서 일관되게 일어난 게 아니라 수많은 유전자 조합 바탕 위에 비순차적으로, 불규칙하게 진행됐다. 저자는 이런 진화를 가리켜 ‘비틀거리는 모습’이라 표현했다. 이런 연구를 통해 저자가 얼굴의 미래에 관해 내린 추론들도 흥미롭다. 미래에는 인간의 얼굴이 균질화하면서 동시에 세계화한다는 것. 5만년 전 아프리카를 떠나 세계로 흩어지면서 여러 유형으로 나뉘어 제각각 달라졌던 인간의 얼굴은 세계화 현상에 따라 지역 차가 줄면서 또다시 합쳐지는 추세다. 그러나 과거와 달리 새로운 유전자가 추가·혼합되면서 얼굴은 또다시 다양해질 것이다. 하버드대 진화생물학자인 스티븐 J 굴드는 저서 ‘풀하우스’를 통해 “진화는 ‘진보’가 아니라 ‘다양성’의 증가”라고 했다. 인간의 얼굴이 계속 진화하게 되는 이유인 셈이다. ●얼굴과 성격의 연관성도 찾게 될 것 저자는 또 얼굴 유전학이 계속 발달한다면 얼굴과 성격 사이의 연관성도 파악할 수 있을 것이라 주장한다. 얼굴 형성에 영향을 주는 유전자에 대한 연구를 이어 가면 결국 관상가들의 말이 사실이었는지 파악할 수 있을 것이라는 뜻이다. 다만 이런 일들이 결과적으로는 인간 존재에 대한 경이감을 더 깊게 할 것이라고 저자는 자신했다. 방대한 자료와 이론을 검토한 끝에 저자가 내린 결론은 얼굴이야말로 진화의 최종 산물이자, 사회 구성원으로서 생존을 위한 핵심적인 역할을 한다는 것. 그러니까 잘생기고 못생기고를 떠나 자신의 얼굴에 자신감을 좀 가져도 되겠다. 물론 그래 봤자 원빈 옆에 서면 내 얼굴은 ‘오징어’가 되겠지만. 김기중 기자 gjkim@seoul.co.kr

두 가지 색의 얼굴을 가지고 태어난 고양이가 화제를 모으고 있다. 영국 일간 데일리메일, 메트로 등 외신은 21일(현지시간) 프랑스에서 살고 있는 키메라 고양이의 사진을 공개했다. 동물사진 작가 장 미쉘 라바가 촬영한 사진 속 고양이는 얼굴은 옅은 회색과 검은색 털로 정확하게 나뉘어진 채 태어났다. 이러한 신비로운 모습을 가진 고양이는 ‘키메라 고양이’(chimera cat)로 불리는데, 어미 고양이의 자궁 속에 두 개의 초기 배아 혹은 수정된 난자 두 개가 결합한 결과로 알려져 있다. 각각의 분리된 두 개의 모세포가 섞이기도 전에 이미 발달을 시작해 신체적 특징이 결정된 것이다. 키메라 고양이의 탄생은 드문 일이긴 하지만 인간을 포함해 많은 생물 종들 사이에서도 발생할 수 있다. 그러나 키메라를 나타내는 신호가 미묘해 증상이 있는지 알아차리지 못하는 경우가 대부분이다. 캘리포니아 대학 유전학 교수 레슬리 리용은 “키메라는 우리가 생각하는 것보다 훨씬 더 흔하다. 대개 수컷 얼룩 고양이가 키메라며, 이들은 추가 성 염색체를 지녔다. 반면 암컷 고양이는 이미 두개의 성 염색체를 가지고 있어 추가 성 염색체 없이도 두 가지 색을 띄게 된다”고 설명했다. 한편 키메라라는 이름은 그리스 신화에 등장하는 사자의 머리와 양의 몸통, 뱀의 꼬리를 한 괴물에서 유래됐다. 사진=메트로 안정은 기자 netineri@seoul.co.kr

●과천과학관, 동계스포츠전 국립과천과학관(관장 배재웅)은 평창동계올림픽 성공 개최와 관심을 이끌기 위해 31일부터 다음달 25일까지 동계스포츠 속 과학원리를 주제로 특별전을 개최한다고 30일 밝혔다. 이번 특별전은 동계올림픽 주요 종목을 소개하고 그 속에 숨어 있는 중력, 가속도, 양력, 마찰력, 각 운동량 등 과학 원리를 체험과 놀이를 통해 이해할 수 있도록 구성됐다. 또 가상현실(VR)을 통한 봅슬레이를 체험하고 3D프린터와 레이저머신으로 동계올림픽 마스코트를 만들 수 있다. ●체성분측정 기술로 당뇨 진단 한국한의학연구원 한의기반연구부 김재욱 박사팀은 생체전기 임피던스 기술로 간단하게 당뇨를 진단할 수 있는 기술을 개발하고 기초과학 및 공학분야 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠’ 최신호에 발표했다. 생체전기 임피던스는 신체에 미세한 교류 전류를 흘려 전기저항을 측정하는 방법으로 주로 체성분을 분석할 때 활용하는 기술이다. 이번 기술을 활용하면 혈액을 채취해 혈당 수치를 잴 필요 없이도 체성분 분석처럼 간단한 방법으로 당뇨 여부를 확인할 수 있다. ●유전자 발현량 조절 법칙 발견 중앙대 화학과 성재영·윤상운·김지현 교수와 캐나다 토론토대 분자유전학 및 컴퓨터과학과 필립 김 교수 공동연구팀은 세포 내에서 생성되고 소멸되는 분자의 농도를 조절하는 ‘화학요동 법칙’을 발견했다고 30일 밝혔다. 이번 연구는 기초과학 및 공학 분야 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 최신호에 실렸다. 이 법칙은 일반적인 생성·소멸과정에 모두 적용할 수 있어 역학, 약학뿐만 아니라 경제학 같은 사회과학 연구에도 도움을 줄 것으로 기대되고 있다.

우리 뇌는 캄캄한 두개골 안에 갇혀 있지만 시시각각 외부환경을 파악하고 그에 적절한 반응과 전략을 명령하며 생명을 유지하는 사령탑 역할을 하고 있다. 이것은 오감(五感)이 있기 때문에 가능하다. 우리 몸의 감각기관인 눈, 귀, 코, 혀, 피부는 뇌가 외부 세상과 소통하는 창문과 같다. 이 가운데 피부는 어떻게 촉감을 감지하는 것일까. 피부에는 촉각 정보를 인지하는 네 가지 수용기가 있다. ‘메르켈 원반’은 가벼운 터치 등에 반응하며 적응이 느리다. ‘마이스너소체’는 느린 진동이나 미세한 감촉에 반응하는데 주로 털이 없는 손가락 말단이나 눈꺼풀에 존재한다. ‘루피니 말단’은 피부가 당겨지는 것을 감지하고, ‘파치니 소체’는 꾹 누르는 압력과 빠른 진동을 감지한다. 이런 다양한 촉감은 고속도로와 같은 척수를 통해 전달되고 감각 신호의 관문인 시상을 통과한 뒤 대뇌피질로 간다. 최근 표피 속 메르켈 세포가 외부 자극에 반응해 감각 뉴런에 신호를 전달한다는 사실이 밝혀져 촉감 발생 기전의 전통적인 개념이 변화하고 있다. 더 나아가 전체 표피 세포의 3~6%인 메르켈 세포 외에 표피의 94~97%를 이루고 있는 ‘각질형성세포’가 촉감 전달에 어떤 역할을 하지 않을까 의문을 갖는 연구자들이 생겨났다. 이와 관련해 체릴 스터키 위스콘신대 밀워키 캠퍼스 교수팀은 지난달 흥미로운 연구 결과를 발표했다. 그는 전신을 덮고 있는 피부세포 자체도 어떤 역할을 할 것이라는 가설을 세우고 정교한 실험을 계획했다. 먼저 광유전학을 이용해 각질형성세포의 활성을 억제하자 놀랍게도 실험동물의 촉각 반응이 감소했다. 연구팀은 각질형성세포가 분비하는 ‘ATP’라는 물질이 감각 반응을 유발한다고 밝혔다. ATP가 신경세포 외벽에 있는 ‘P2X4’라는 단백질 수용체에 달라붙어 신경신호를 유발한다는 사실까지 규명했다. 단순히 외부 환경으로부터 방어하는 장벽 역할만 하는 줄 알았던 각질형성세포가 촉감 생성의 주역임이 밝혀진 것이다. 통증이나 가려움증 같은 증상을 국소적인 치료로 개선할 수 있는 방법을 열어준 것이다. 촉각이 뇌와 상호작용하는 범위는 상당히 넓다. 데이비드 린든 미국 존스홉킨스대 교수는 그의 저서 ‘터치: 손, 마음, 정신의 과학’에서 촉각과 관련한 유전자, 세포, 신경회로가 인간 고유의 경험을 창조해낸다고 했다. 그는 다음과 같은 촉각의 특징과 의미를 설명했다. 촉각을 처리하는 경로는 첫째 접촉 정보를 전달하는 감각 경로다. 진동, 압력, 위치, 섬세한 결 등을 전달하는 것이다. 두 번째는 사회적, 감정적 정보를 처리하는 경로다. 이를 통해 감정적 의미를 해석해 사회적 유대감, 쾌락, 통증과 연관된 부위를 활성화시킨다. 촉각의 독특한 측면은 감정적 맥락이 촉각 경험 자체를 바꾸기도 한다는 점이다. 누군가 어깨에 손을 올리면 상대가 친한 친구인지, 연인인지, 싫어하는 사람인지에 따라 느낌이 다르다는 것을 쉽게 알 수 있다. 우리는 어떤 사실이나 경험을 현실감 있게 느꼈을 때 ‘피부에 와닿는다’는 표현을 쓴다. 보고 듣는 것보다 우리 피부에 와닿을 때 비로소 진짜로 느끼게 된다. 촉각은 우리 신체와 외부 세상이 만나는 방법 중 가장 큰 인터페이스다. 오감 중에 중요하지 않은 것이 하나도 없지만 우리 뇌가 가장 현장감 있는 판단을 할 때 촉각이 빠져서는 안 되는 이유가 여기에 있다. 깜깜한 두개골 속 뇌가 현장에서 송신하는 촉각을 민감하게 느낄 때 개인도 사회도 현명한 판단을 할 수 있으리라 믿는다.

“따님이 엄마와 너무 닮았네요.” “어디 가셔도 형제분이라는 걸 바로 알겠어요.” “아들이 아빠 붕어빵이야.”부모와 자녀, 형제자매 간은 얼굴 생김새부터 키, 심지어 목소리까지도 상당히 비슷한 경우를 많이 볼 수 있다. 오래전부터 유전학자들은 이러한 현상을 부모, 자녀, 형제자매 간에 공유하는 유전적 정보에 의해 결정된다는 것을 알고 있었다. 이제는 이 유전정보가 우리 몸을 구성하는 세포 안의 게놈을 구성하는 DNA에 있는 것까지 알게 되었다.하지만 부모, 자녀, 형제자매 간이라도 약간의 차이가 있다. 이것은 양쪽 부모에게서 받은 유전 정보의 조합 때문에 나타나는 현상이라고 생각해 왔다. 그렇지만 이런 조합으로는 설명되지 않는 차이가 있는 경우가 종종 있는데 이것은 어떻게 가능할까. 이를 설명해 줄 수 있는 하나의 기작(機作)으로 DNA 일부가 이리저리 위치를 옮기는 현상이 있다. 유전정보를 지니고 있는 DNA는 항상 그 상태를 유지할 것으로 생각되기 때문에 DNA의 일부가 이리저리 위치를 옮긴다는 것은 위험하지 않을까라는 생각도 들 수 있다. 하지만 이런 현상은 20세기 중반 미국의 유전학자 바버라 매클린톡 박사가 처음 발견했다. 매클린톡 박사는 옥수수 색깔의 변화가 DNA의 일부가 위치를 바꾸는 현상으로 결정된다는 것을 발견했고, 그 덕분에 1983년 노벨생리의학상을 수상했다. DNA의 일부는 이리저리 위치를 옮기는데 이런 DNA를 점핑 유전자라고 부른다. 이런 점핑 유전자가 인간 게놈 프로젝트를 마친 뒤 중요성이 더욱 부각됐다. 그 이유는 우리가 갖고 있는 DNA 중 점핑 유전자가 차지하는 비율이 거의 절반 가까이 되기 때문이다. ‘DNA는 유전 정보이니 그 상태가 그대로 유지될 것이다’라는 일반적인 생각과 상당히 다르다. 우리의 유전정보가 변화무쌍하게 움직이고 있을지도 모른다는 것이다. 하지만 다행히도 이러한 점핑 유전자들 중에 많은 경우는 게놈상에서 움직이는 능력을 잊어버려서 실제로는 아주 작은 숫자들 정도만 위치를 옮기는 능력을 가지고 있다. 점핑 유전자의 움직임으로 생명체는 진화를 할 가능성을 열어 놓지만 과도하거나 잘못된 위치로 움직이는 점핑 유전자는 질병을 유발할 수도 있다. 질병, 진화, 그리고 노화까지도 관련성이 있을 것으로 생각이 되면서 최근 점핑 유전자가 움직이는 메커니즘과 세포 내 작용을 알아내려는 연구가 활발해지고 있다. 지난 11일 점핑 유전자의 움직임을 촉진하거나 저해하는 생체 내의 단백질에 대한 첫 청사진과 관련한 논문이 세계적인 과학저널 ‘네이처’에 실렸다. 이 논문에서는 기존에 잘 알려져 있는 DNA 복제와 손상 복구 단백질들이 중요한 역할을 할 것이라고 밝혔다. DNA 복제와 손상 복구는 오랜 기간 동안 과학자들의 관심사였고 수많은 노벨상을 배출한 분야이기도 하다. 필자도 관련 분야에 대해 연구를 진행하고 있다. 이번에 발표된 논문 결과를 분석해 보면 아마도 생명체 내의 세포는 점핑 유전자가 위치 이동을 하는 것을 효과적으로 조절하는 것이 아닌가 싶다. 이러한 조절을 통해 질병과 노화를 막고, 진화의 방향을 정하는 것은 아닐까 하는 생각도 든다. 좀더 많은 연구가 수행되면 점핑 유전자를 이용한 게놈의 변화를 유도할 수 있지 않을까 하는 생각도 해봤다. 최근 DNA를 이용해서 정보를 저장하려는 시도들이 있었다. 전 세계의 모든 정보를 컴퓨터에 저장하려면 너무나 많은 공간이 필요하다. 그런데 DNA를 이용하면 이러한 문제가 해결된다고 한다. 하지만 현재의 기술로는 DNA에 저장된 정보를 편집할 수 없다는 것이 큰 걸림돌이다. 오늘 이야기한 점핑 유전자의 효과적 조절과 최근 들어 활발하게 연구되는 유전자 가위기술을 이용할 수 있다면 DNA에 저장하려는 정보를 우리가 컴퓨터에서 정보를 수정하듯이 쉽게 고칠 수 있는 그런 날이 오지 않을까 하는 생각을 해 본다.

실험참가자 회상시 동일부분 활성 특정 세포 자극 개별기억 분석까지 새해가 시작되면 지난 한 해를 되돌아보고 새로운 계획을 세우거나 못다 이룬 목표를 달성하겠다고 결심합니다. 사실 지난해를 되돌아 본다고 해서 365일 일어난 모든 사건들을 기억해내지는 못합니다. 어떤 기억은 방금 일어났던 일처럼 또렷하지만 그런 일이 있었나 싶을 정도로 까맣게 잊는 경우가 더 많지요.같은 상황을 겪은 지인들과 이야기를 하다 보면 같은 상황에 대해서도 서로 다른 해석을 내놓거나 전혀 다른 기억을 갖고 있는 경우가 있어 당황할 때가 종종 있습니다. 미국 존스홉킨스대 뇌과학과 제니스 첸 박사는 사람들에게 영국 BBC에서 방송한 인기 드라마 ‘셜록’ 시즌1의 한 에피소드를 함께 보도록 한 뒤 특정한 장면을 회상해 설명하는 실험을 해 ‘네이처 뉴로사이언스’에 발표한 적이 있습니다. 실험 결과, 사람들마다 똑같은 장면을 다르게 기억하고 해석한다는 사실이 밝혀졌습니다. 첸 박사는 실험 대상자들이 기억을 되살리며 설명하는 동안 뇌를 자기공명영상(MRI)으로 촬영했는데 서로 다른 기억과 해석을 내놓기는 하지만 똑같은 영역이 비슷하게 활성화된다는 사실도 확인됐습니다. 최근 10년간 신경과학 분야와 영상진단 기술이 발달하면서 개별 기억들이 어떻게 만들어지고 다른 기억들에 영향을 주는지에 대한 기본 법칙을 밝히려는 시도들이 많아지고 있습니다. 어느 정도 성과도 거두고 있지요. 세계적인 과학저널 ‘네이처’는 지난 10일자에 이 같은 기억 연구의 동향에 대해 자세한 분석 기사를 실었습니다. 네이처에 따르면 지금까지 연구는 기억과 관련된 뇌의 위치나 일반적인 기억 형성 메커니즘을 찾는 데 집중됐지만 최근 들어서는 ‘하나’의 개별 기억을 추적하는 연구가 붐을 이루고 있다고 합니다. 흔히 기억이란 정보를 단순히 모아놓는 주머니나 저장이라고 생각하기 쉽습니다. 그렇지만 기억은 뇌의 한 영역에만 국한되지 않는 고도의 분산과 융합 과정이라고 합니다. 개별 사건들이 뉴런을 자극시켜 비슷한 기억들을 불러내 융합되면서 새로운 기억을 형성하고 강화한다는 것입니다. 그렇기 때문에 특정 기억 하나만을 ‘콕’ 집어서 추적하는 것은 쉽지 않은 일이었습니다. 최근에는 빛으로 특정 신경세포만 자극해 연구할 수 있는 광유전학 기술과 영상진단 및 인공지능(AI)을 통한 분석기술이 발전하면서 개별 기억만 골라내 분석하는 것이 가능해지고 있다고 합니다. 그 덕분에 하나의 기억이 어떻게 상호작용해 시간에 따라 변화하는지까지 추적할 수 있다고도 하네요. 이렇듯 뇌과학의 발달과 기억의 비밀이 하나하나 풀려가면서 나이가 들거나 질병을 앓았을 때 왜 기억력이 떨어지는지, 범죄 수사과정에서 증인의 기억이 어떻게 왜곡되는지도 밝혀낼 수 있을 것입니다. 결국 학습 효율을 높이고 기억력을 증진시킬 수 있는 방법을 찾아내겠지요. 러시아 출신의 세계적인 신경심리학자 알렉산드르 루리야 박사가 만난 ‘모든 것을 기억할 수 있는 남자’ 솔로몬 셰레셰브스키의 삶을 보면 많은 것을 기억하고 있는 것이 결코 축복이 되지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 망각하는 능력이 없어 과거의 현실이 눈앞에 생생하게 펼쳐졌던 셰레셰브스키는 몽상에 빠져 살다가 결국 정신병원에서 생을 마감했다고 합니다. 학생이나 기억하는 것보다는 잊는 것이 많아지는 나이대의 사람들에게는 그런 무한한 기억력이 부럽기는 할 것입니다. 그렇지만 곰곰이 생각해 보면 적당히 기억하고 적당히 잊을 수 있다는 것이 행복의 지름길이 아닐까 싶기도 합니다. edmondy@seoul.co.kr

‘다사다난’이란 말조차 부족할 만큼 많은 일이 있었던 2017년 ‘닭의 해’가 지나고 60갑자의 서른다섯 번째에 해당하는 2018년 ‘무술년’이 밝았다. 무술년을 ‘황금 개의 해’라고 부르고 있는데 이는 십간(十干)의 ‘무’(戊)가 흙의 기운을 상징하고 방향으로는 중앙, 오방색 중 노란색(黃)을 의미하기 때문이다. 더군다나 옛 사람들이 ‘노란색=황금’을 연상했기 때문에 ‘황금 개의 해’라고 부르고 있지만 색깔만 놓고 엄격히 따지면 ‘누런 개(누렁이)의 해’라고 하는 것이 더 정확하다.●중동·유럽 등… ‘개의 기원’ 說說 개는 포유류 중 가장 오래된 가축으로 약 400여 종이 추운 극지방에서 더운 열대지방까지 전 세계적으로 퍼져 있다. 개는 약 1만 8000여년 전 빙하시대 말기부터 인간과 함께 생활했던 것으로 알려져 있는데 현재 남아 있는 가장 오래된 기록은 기원전 9500년쯤 페르시아 베르트 동굴에서 주인과 함께 매장된 강아지 화석이다. 실제로 과학계에서는 개의 기원을 두고 중동, 유럽, 동아시아, 시베리아 기원설 등 다양한 가설을 제시하고 있지만 확실한 지지를 받는 연구결과는 없는 상태다. 가장 최근인 2016년 중국과학원 연구자들은 1000여개의 전 세계 개의 DNA를 분석한 결과 ‘개의 기원은 중국 남방’이라는 주장을 미국국립과학원이 발행하는 학술지 ‘PNSA’에 발표하기도 했다. 이에 앞서 2011년 스웨덴과 중국 과학자들은 전 세계에서 채취한 수컷 개들의 DNA 속 Y염색체를 분석한 결과 개가 처음 가축화된 것은 중국 양쯔강 남부지역이라는 논문을 생물학 분야 국제학술지 ‘유전’에 발표하기도 했다. 이 논문에서 스웨덴 연구팀은 모계 혈통을 보여주는 미토콘드리아 DNA 분석을 통해 양쯔강 남부지역이 개의 발원지라는 사실을 확인했다고 주장했다. 그렇지만 많은 학자들은 전 세계 여러 지역에서 동시다발적으로 개의 가축화가 진행된 것으로 보고 있다. ●늑대와 개는 완전히 분리돼 진화 그렇다면 개의 친척인 늑대도 반려동물로 키울 수 있을까. 지난해 캐나다와 미국, 헝가리 공동연구진은 늑대와 개는 유전학적으로 이미 완전히 분리돼 진화해 왔다고 발표했다. 연구팀에 따르면 어린 늑대는 반려견처럼 키울 수 있지만 커갈수록 육식동물의 전형적인 본성이 드러나기 때문에 애완용으로는 키울 수 없다는 것이다. ●노인 수명 연장·건강 유지 도움 오랜 세월 사람과 친구가 된 개는 사람의 건강에도 직접적인 도움을 주고 있다. 2016년 미국 미주리대 의대와 오하이오주 옥스퍼드 마이애미대 노인학과 공동연구팀은 반려견을 키우는 60세 이상 노인들이 그렇지 않은 노인들보다 2~5년가량 더 오래 산다는 사실을 확인하고 노인학 분야 국제학술지 ‘제론톨로지스트’에 발표했다. 개를 키우는 것이 정서적으로 도움이 되는 것뿐만 아니라 실제 육체적 건강에도 도움을 준다는 것이다. 반려견을 키우는 노인들 대부분이 일주일에 150분 이상 개와 함께 산책하면서 자칫 부족할 수 있는 운동량을 채우게 된다는 것이다. 실제로 반려견을 키우는 노인들은 실제 체질량(BMI) 수치가 낮아 성인병에 걸릴 확률이 줄고 정서적 안정감도 높아지면서 우울증 같은 정신질환을 앓는 경우도 줄어든다는 설명이다. 노인들의 건강뿐만 아니라 아이들 건강에도 반려견이 큰 도움이 된다는 연구결과가 있다. 영국 런던대 의대 연구팀은 2065명의 어린이를 대상으로 활동량을 조사한 결과 반려견을 키우는 어린이들이 그렇지 않은 아이들보다 신체 활동량이 더 많아 비만이 될 확률이 준다는 사실을 확인했다. ●개 진화중 인지·교감 함께 발달 한편 개는 인간과 유전적으로 가장 가까운 것으로 알려진 침팬지보다 상호작용 능력이 뛰어나다. 반려견들은 주인이 하품을 하면 주인의 감정에 맞춰주기 위해 따라서 하품을 하기도 한다. 이 같은 개의 능력은 훈련에 의한 것이 아니라 천부적으로 타고난 것이라는 사실이 영국 에이버테이대 진화생물학 연구팀에 의해 밝혀지기도 했다. 연구팀에 따르면 일반 반려견이나 전문적으로 훈련받은 개, 주인 없이 버려진 유기견들을 관찰한 결과 사람의 특정한 행동에 대해 반사적으로 같은 행동을 보이는데 이는 단순히 주인과의 관계를 통해 만들어지는 것이 아니라 개들이 진화과정에서 사람과 교감할 수 있는 인지능력을 발전시켜왔다는 사실을 보여준다는 것이다. 유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr