물고기 지느러미 유전자, 쥐 주입 실험

[CBS노컷뉴스 감일근 기자]

물고기 지느러미 유전자를 쥐의 태아 세포에 주입한 결과 거의 정상적인 발로 성장 (사진 출처=미국 시카고 대학교)

생물은 바다에서 육지로 진화해 왔다는 것이 정설로 받아들여지고 있다.

바다와 육지 동물을 구분하는 가장 두드러진 특징 중 하나가 지느러미와 팔다리이다. 외관상 육지 동물의 팔다리가 어류의 지느러미에서 진화됐을 가능성이 크다고 추정돼 왔지만 모양과 용도가 워낙 다르고 명확한 증거도 찾지 못했다.

그런데 지난 2004년 ‘틱타알릭 로제(Tiktaalik roseae)’라는 진화론적으로 흥미로운 생물 화석이 발견됐다. 어류와 육상동물의 중간에 속하는 이 종은 앞발과 뒷발을 모두 가진 3억6천만년 전 총기류의 어류 화석이었다.

과학자들은 이 어종이 바다에서 육지로 동물이 진화하는 과정에서 물고기와 양서류를 연결해주는 진화의 중간 고리로 생각하고 있다.

이후 많은 고생물학자들은 어류의 지느러미가 육상동물의 팔다리로 진화했다는 확신을 갖고 , 어떻게 고대 어류의 지느러미가 틱타알릭 로제와 같이 강하고, 골격을 갖춘 팔다리로 변형됐는지를 알아내기 위해 노력해왔다.

사실, 물고기의 지느러미는 한눈에 봐도 육지 동물의 팔다리와는 완전히 다른 모양새다. 작은 마디뼈들로 이뤄진 손목과 발목은 길고 가는 뼈에 연결돼 있다.

이와 대조적으로 현대의 물고기 지느러미는 작고 둥근 모양으로 끝나는 일련의 긴 뼈들로 구성돼 있다.

과학자들은 반복된 연구에도 불구하고 진화 과정에서 지느러미와 팔다리 사이의 연결성을 찾지 못했다.

미국 시카고 대학 유기체 생물학자인 닐 슈빈이 이끄는 연구진은 경골 어류의 경우 몸통 발달에 중요한 역할을 하는, ‘혹스 유전자(Hox genes)’가 오늘날 육상 생물과 매우 다른 발달과정을 보인다는 사실을 발견했다.

이들 유전자들은 경골어류의 혈통이 3억여년 전 ‘전체 게놈 복제(whole-genome duplication)’를 경험했다는 사실을 보여준다. 경골어류는 게놈 전체 복제로 게놈이 두 배로 증가하는 현상이 진화 역사에서 여러 차례 발생했고, 이를 통해 다양한 환경에 적응하는 것이 가능하게 됐다.

이 게놈 전체 복제로 인해 경골어류의 혹스 유전자 발달과정이 오늘날 육상생물과 크게 달라진 것이다.

그동안 거듭된 연구에도 불구하고 진화에 있어 지느러미와 팔 다리 사이의 관련성을 제대로 파악하지 못한 것은 대부분의 연구가 게놈 전체 복제로 이미 유전자가 달라져버린 경골어류를 대상으로 이뤄졌기 때문이다.

그런데, 어류들의 게놈 복제가 발생하기 전에 경골어류로부터 갈라져 나온 어종이 있다. 민물어종인 스포티드가(spotted gar)도 그중의 하나다. 이 어종은 북미에 사는 토종 민물 어류이다.

연구진은 스포티드가의 혹스 유전자를 쥐의 유전자들과 비교한 결과 놀라울 만큼 유사한 사실을 발견했다.

이어 실제 유전적으로 얼마나 관계가 깊은지 알아보기 위해 이 물고기의 지느러미 관련 유전자를 채취해 쥐의 태아에 주입했다. 그 결과 보통 쥐와 거의 동일한 쥐의 발로 발달했다.

이는 육상의 네발 동물이 가진 손목과 발목이 고대 물고기 지느러미와 비슷한 메카니즘으로 진화해 왔다는 사실을 뒷받침하는 것이다.

이번 연구결과는 22일(현지 시각) 미국국립과학원회보에 실렸다.

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