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2012년 4월 29일 일요일

다세포 생물의 기원에 관한 단서 (New clue : Origin of Multicellular Organism)



 생물의 진화에 있어 단순한 박테리아에서 보다 복잡한 세포내 기관과 핵을 보유한 진핵 생물 (Eukaryote) 로 진화한 이벤트는 생물의 역사에서 가장 중요한 일임에 틀림없다. 그리고 그 다음의 가장 큰 진보는 이와 같은 진핵 생물들이 서로 연합해서 다세포 생물 (Multicellular Organism) 이 된 사건일 것이다.


 이 역사적 이벤트에 대해서 현재까지 많은 연구가 진행중에 있다. 최근 미국 에너지부 (DOE) 소속의 Simons E. Prochnik 와 솔크 생물학 연구소의 James Umen 은 이 다세포성의 기원을 연구하기 위해 원시적인 생명체인 녹조류 (Green Alga)를 연구했다.


 그들이 연구한 녹조류는 이전부터 다세포성의 기원을 연구하는 연구자들이 주목한 Volvox sp. 중 하나인 Volvox Carteri 이다. 이 녹조류는 원시적인 구형의 군집체를 이루는 초기적인 다세포 생물체로 수억년전 단세포 녹조류에서 진화한 것으로 생각된다.




(Volvox  sp 가 형성하는 구형의 콜로니의 모습  Volvox colony: 1) Chlamydomonas- like cell, 2) Daughter colony, 3) Cytoplasmic bridges, 4) Intercellular gel, 5) Reproductive cell, 6) Somatic cell. CCL 에 따라 복사 허용 저자 표시   저자  Sundance Raphael 15:01, 23 January 2007 (UTC))


 연구자들은 V. Carteri 와 친척관계로 알려진 단세포 녹조류인 Chlamydomonas reinhardtii 의 DNA 를 분석했다.  1억 3800만 쌍의 염기를 분석한 연구자들은 이 둘이 차이가 생각보다 적은데 놀라지 않을 수 없었다. 이들의 DNA 로 부터 만들어지는 단백질의 숫자도 생각보다 차이가 적었다. (14,566 in Volvox vs. 14,516 in Chlamydomonas)


 아무리 단순한 다세포 군집 생물이라도 군집체를 구성하기 위해서는 세포와 세포사이의 공간을 메워줄  ECM (ExtraCellular Matrix - 세포외부기질, 간단히 설명해서 세포를 하나의 벽돌이라고 보면 벽돌 사이를 접착해줄 시멘트와 같은 존재로 세포들을 연결시켜 조직으로 만드는데 중요한 기능을 한다. 그러나 세포가 단순한 벽돌과는 비교할 수 없이 복잡한 것과 마찬가지로 ECM 역시 매우 복잡한 구조와 기능을 가지고 있다.) 의 존재가 필요해지기 때문에 이는 예상하지 못했던 일이었다. 그러나 사실 연구자들은 이와 같은 일이 놀라운 일은 아니라고 보고있다.


 그것은 이들의 ECM 단백질의 기원이 바로 Chlamydomonas 의 세포벽에도 풍부한 두가지 단백질 -pherophorins 과 VMPs - 이기 때문이다. 생물이 진화할 때는 보통 전에 없던 완전히 새로운 것이 생기기 보다는 기존에 있던 부분들을 재활용하는 경우가 많다.


 V. Carteri 역시 ECM 을 만들기 위해 기존에 있던 세포벽을 만드는 단백질들을 약간 변형해서 사용했다. 즉, 앞서 언급한 두 단백질을 코딩하는 DNA 의 수와 다양성이 급격히 증가한 것이다. DNA 의 중복은 DNA 복제시 자주 발생하는 오류이며 이는 진화에서 하나나 그 이상의 염기가 다른 것으로 치환되는 오류 만큼이나 중요한 역활을 한다. 아마도 이들이 ECM 을 진화시키는데 있어 해당 단백질을 코딩하는 DNA 의 중복 및 변이가 여러차례 발생했을 것이다.


 또한 연구자들은 세포의 분열 주기를 통제하는 cyclin D proteins 의 수가 에서 V. Carteri  크게 증가한 것을 발견했는데 다세포성을 획득하는데 있어 세포의 분열 주기를 통제하는 일이 중요해진다는 것을 보여주는 데이터로 해석하고 있다.


 이 연구는 과학 저널 Science 에 기재되었다.


Journal Reference:

  1. Simon E. Prochnik, James Umen, Aurora M. Nedelcu, Armin Hallmann, Stephen M. Miller, Ichiro Nishii, Patrick Ferris, Alan Kuo, Therese Mitros, Lillian K. Fritz-Laylin, Uffe Hellsten, Jarrod Chapman, Oleg Simakov, Stefan A. Rensing, Astrid Terry, Jasmyn Pangilinan, Vladimir Kapitonov, Jerzy Jurka, Asaf Salamov, Harris Shapiro, Jeremy Schmutz, Jane Grimwood, Erika Lindquist, Susan Lucas, Igor V. Grigoriev, Rüdiger Schmitt, David Kirk, and Daniel S. Rokhsar. Genomic Analysis of Organismal Complexity in the Multicellular Green Alga Volvox carteriScience, 2010; 329 (5988): 223-226 DOI:10.1126/science.1188800


                http://en.wikipedia.org/wiki/Volvox

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