기본 콘텐츠로 건너뛰기

5억 2000 만년전의 뇌와 신경계



 화석은 우리에게 까마득한 고대 생물들의 정보를 전달해 주는 가장 중요한 수단이긴 하지만 불행히 그 정보가 제한적일 때가 많습니다. 우연에 의한 기록이기 때문에 전체가 다 기록이 남지 않게 되며 연조직 등 화석화가 어려운 부분은 대부분 기록에 남지 않게 됩니다. 화석에서 이를 상세하게 확인할 수 있는 경우는 아주 극도로 운이 좋은 경우이죠. 예를 들어 신경 조직 같은 경우가 그렇습니다.


 애리조나 대학의 닉 스트라우스펠드 (University of Arizona Regents' Professor Nick Strausfeld) 와 런던 자연사 박물관의 그레그 에지컴브 (London Natural History Museum's Greg Edgecombe) 가 이끄는 국제 연구팀은 새로운 방법으로 5억 2000 만년전에 살았던 생명체의 신경 시스템을 연구했습니다. 


 이들이 연구하는 대상은 갑각류와 절지 동물의 조상뻘에 해당하는 동물로 캄브리아기 초기와 중기에 번성한 Alalcomenaeus  속의 생물입니다. 이들은 커다린 부속지 (great appendage) 를 가진 생물로 그리스어로 큰 발톱을 뜻하는 megacheirans 이라는 명칭으로도 알려져 있는 그룹입니다. 기본적으로 6 cm 미만의 작은 절지 동물인 이들은 주로 얕은 바다에서 서식했습니다. 


 연구자들은 중국의 윈난성 쿤밍 부근의 청장 화석층 (Chengjiang formation) 에 이 그룹에 속하는 3 cm 정도 되는 화석을 발견했습니다. 이 화석의 주인공은 현대의 새우나 전갈처럼 앞쪽에 가위 같은 큰 부속지가 있고 체절을 가진 몸통에는 여러개의 다리 같은 부속지가 있어 바다 밑을 헤엄치거나 기어 다녔던 것으로 보입니다. 이런 생물체는 오늘날에는 매우 흔하지만 5억 2000 만년전에는 새로운 몸을 지닌 생명체였을 것 입니다. 



(새로 발견된 Alalcomenaeus  화석    This is a close-up of the head region of the Alalcomenaeus fossil specimen with the superimposed colors of a microscopy technique revealing the distribution of chemical elements in the fossil. Copper shows up as blue, iron as magenta and the CT scans as green. The coincidence of iron and CT denote nervous system. The creature boasted two pairs of eyes (ball-shaped structures at the top). Credit: N. Strausfeld/University of Arizona)



(측면이 보존된 화석. 현재의 새우와 비슷한 느낌  This is the fossil of the megacheiran Alalcomenaeus, a distant relative of scorpions and spiders. Credit: N. Strausfeld et al.) 


 이 작은 납짝한 화석에서 신경계를 별도로 확인한다는 것은 매우 어려운 일입니다. 연구팀은 매우 보존이 잘 된 이 화석에서 신경계가 화석화될 때 특히 많이 침투하게 되는 철을 특수한 이미징 기술을 통해 확인했습니다. 위의 사진에서 푸른색은 구리이고 철은 자홍색 (붉은색 + 푸른색) 입니다. 연구팀은 이를 CT 로 확인하고 다시 이를 3D 로 재구성했습니다. (아래 그림)  



(재구성된 신경계의 모습 This is an illustration of the nervous systems of the Alalcomenaeus fossil (left), a larval horseshoe crab (middle) and a scorpion (right). Diagnostic features revealing the evolutionary relationships among these animals include the forward position of the gut opening in the brain and the arrangement of optic centers outside and inside the brain supplied by two pairs of eyes. Credit: N. Strausfeld/University of Arizona)


 그 결과 이 동물의 신경계는 오늘날의 살아있는 화석인 투구게나 혹은 전갈과 비슷했습니다. 이것은 이들이 같은 공통 조상을 가지고 있다는 증거로 볼 수 있습니다. 연구팀은 이들이 협각아문 (Chelicerata, 절지 동물의 한 아문으로 투구게류, 바다전갈류, 거미류, 바다거미류 등을 의미) 한 그룹이라고 생각하고 있으며 이것보다 더 원시적인 협각아문이나 절지 동물의 공통 조상이 있을 것으로 보고 있습니다. 


 또 한가지 주목할 만한 점은 이렇게 오래된 화석임에도 불구하고 뇌를 확인할 수 있다는 점입니다. 가장 오래된 뇌의 화석 가운데 하나라고 할 수 있습니다. 또 완전히 복원된 신경계로써는 지금까지 가장 오래된 것으로 볼 수 있습니다. 3 cm 정도 되는 작은 화석에서 이렇게 오래된 신경계를 다시 재구성할 수 있다는 것 자체로 경이로운 일이라고 해야겠죠.


 이 연구는 네이처에 실렸습니다. 


 참고  


Journal Reference:

  1. Gengo Tanaka, Xianguang Hou, Xiaoya Ma, Gregory D. Edgecombe, Nicholas J. Strausfeld. Chelicerate neural ground pattern in a Cambrian great appendage arthropod. Nature, 2013; 502 (7471): 364 DOI:10.1038/nature12520





댓글

이 블로그의 인기 게시물

중등도 코로나 19 환자에서 제한적인 효과만을 확인한 렘데시비르

   현재 렘데시비르는 인공 호흡기 치료가 필요한 환자 등 중증 코로나 19 환자의 치료제로 사용되고 있습니다. 다만 공급이 부족해서 갑자가 중증 코로나 19 환자가 늘어날 경우 수급 문제가 불거질 수밖에 없습니다. 따라서 이를 중등도 코로나 19 환자 (경증이나 무증상은 당연히 치료가 필요없거나 대증 요법 정도) 사용한다는 것은 지금 당장에 급한 연구는 아니지만, 나중에 수급량이 많아지고 가격이 낮아질 때를 생각하면 의미 있는 연구 결과입니다.   렘데시비르 제조사인 길리어드 사이언스의 다아애나 브레이너드 박사 ( Dr. Diana Brainard of Gilead Sciences )는 병원에 입원이 필요했던 중등도 코로나 19 환자 584명을 렘데시비르 5일, 10일 투여 실험군과 위약을 투여한 대조군으로 나눠 임상 경과, 사망 등 중요한 합병증 발생 등에서 차이를 보이는지 조사했습니다. 연구 대상자의 40% 이상은 당뇨 같은 만성 질환이 있었으며 평균 연령은 57세였습니다.   연구 결과 대조군의 2%, 5일 투여군의 2%, 10일 투여군의 1%가 사망했으나 사망자 수가 4명, 3명, 2명 정도로 통계적 차이를 판단하기에는 사망자 수가 적어 결론을 내리기 어려웠습니다. 연구팀은 5일 투여군에서 임상 경과가 다소 호전되는 것을 판단했으나 10일 투여군에서는 통계적 차이를 검증할 수 없었습니다. 결론적으로 말해 중등도 코로나 19 환자에서 렘데시비르 투여는 확실한 임상적 이득이 없었습니다.     5일 투여량만 해도 가격이 3120달러라는 점을 감안할 때 중등도 환자에서 렘데시비르 투여는 설령 공급이 원활하다고 해도 적절한 치료법이 아닌 것으로 판단됩니다. 더구나 지금처럼 공급이 불안해 중증 환자 투여 물량 확보가 아쉬운 상황에서는 말할 것도 없습니다.  이번 연구는 렘데시비르보다 효과가 뛰어나면서 저렴한 차세대 항바이러스 치료제의 필요성을 다시 보여준 것으로 생각됩니다....

178Tb/s - 광섬유 통신 신기록 수립

  ( Lidia Galdino, lead researcher on the study. Credit: James Tye / UCL )  현재 가정에 들어오는 초고속 광통신은 10Gb/s 정도가 가장 빠른 편입니다. 그러나 사실 광섬유를 통해서 보낼 수 있는 정보량은 이것보다 훨씬 많습니다. 현재 개발 중인 기술 가운데서는 이미 1Tb/s 이상이 속도를 지닌 것들이 많아 미래에는 테라 인터넷 시대가 가능할 것으로 예상됩니다. 그런 가운데 영국 유니버시티 칼리지 런던 (UCL)의 리디아 갈디노( Lidia Galdino )가 이끄는 연구팀이 178Tb/s라는 신기록을 세웠다는 소식입니다.   광섬유 통신을 위한 주파수는 4.5THz까지 높일 수 있습니다. 최근에 개발된 신기술은 9THz 벽도 돌파했습니다. 그러나 연구팀은 16.8THz라는 새로운 영역에 도달했습니다. 주파수가 높을 수록 더 많은 정보를 전송할 수 있습니다. 하지만 16.8THz의 주파수로도 178Tb/s의 데이터 전송 속도는 사실 불가능합니다. 연구팀은  Geometric Shaping (GS) 방식으로 레이저 신호의 페이즈, 밝기, 편광 수준을 조절해 여러 신호가 서로 간섭 없이 전달되게 만들어 이런 신기록을 수립했습니다.   물론 새로운 기술이 항상 그렇듯이 바로 상용화가 가능한 것은 아닙니다. 특히 광섬유는 장거리 정보 전송이 가능해야 할 뿐 아니라 오류 없이 장시간 작동이 가능해야 합니다. 자꾸 에러가 생기거나 고장난다면 아무리 속도가 빨라도 무용지물입니다. 이 단계를 극복하고 경제성까지 갖춰 실용화 되는 경우는 사실 소수에 지나지 않습니다.   하지만 경쟁적으로 Tb 급 대역폭을 지닌 광통신 기술이 개발되고 있어 테라바이트 급 정보도 순식간에 전송할 수 있는 시대가 올 것은 분명합니다. 과거 전화선을 이용한 56K 모뎀에서 지금의 광섬유 기반 초고속 인터넷이 온 것처럼 속도는 계속 빨라질 수밖에 없기 때문입니다...

코로나 19 감염 위험성이 큰 동물은?

  ( A new genomic study ranks the potential of the SARS-CoV-2 spike protein to bind to the ACE2 receptor site in 410 vertebrate animals. Old World primates and great apes, which have identical amino acids at the binding site as humans, are predicted to have a very high propensity for binding ACE2 and are likely susceptible to SARS-CoV-2 infection. Credit: Matt Verdolivo/UC Davis )    코로나 19를 일으키는  SARS-CoV-2는 사스 및 메르스와 마찬가지로 박쥐를 자연 숙주로 삼는 베타 코로나바이러스 계통입니다. 따라서 본래 박쥐에 살던 바이러스가 중간 단계를 거쳐 사람으로 넘어온 것으로 추정됩니다. 그런데 이 이야기는 SARS-CoV-2 역시 사람에만 감염되는 것이 아니라 종을 넘어 다른 포유류나 조류, 혹은 척추동물에 감염될 수 있음을 시사합니다. 코로나 바이러스가 침투하는 경로인 ACE2 수용체는 다른 척추동물에서도 볼 수 있기 때문입니다. 다만 SARS-CoV-2와 ACE2 수용체의 결합 수준은 동물마다 큰 차이가 있어 감염 위험도는 모두 다를 수밖에 없습니다.   캘리포니아 대학 데이비스 캠퍼스 (UC Davis)의 조안나 다마스 (Joana Damas)와 그 동료들은 410종의 척추동물에서 ACE2 수용체 유전자를 조사해 코로나 19 감염 위험도를 조사했습니다. 연구팀에 따르면 ACE2 수용체 전체가 아니라 25개의 아미노산 배열이 특히 결합력에 큰 영향을 미쳐 감염 가능성을 결정합니다.   연구 결과 쉽게 예상할 수 있듯이 사람과 가까운 침팬치, 고릴라, 보노보...