초파리도 행동하기 전에 생각한다 ?

 초파리 (fruit fly) 는 몸길이가 수 mm 에 불과한 작은 파리로 특히 썩은 과일이나 음식물 쓰레기 위에 흔하게 나타나 귀찮게 만드는 곤충입니다. 그런데 초파리가 큰 파리에 비해서 징그럽지 않기는 하지만 역시 하찮은 생물이라는 인간의 편견에 일침을 가하는 연구 결과가 최근 사이언스에 게재되었습니다. 옥스퍼드 대학의 샤믹 다스굽타 (Dr Shamik DasGupta) 와 그의 동료들이 이 작은 초파리가 행동을 하기전 생각을 한다 (Fruit flies 'think' before they act) 는 사실을 발견하고 이를 보고한 것입니다. 

 연구자들은 본래 초파리가 냄새의 농도에 따라 먹이를 찾거나 위험을 회피할 것으로 예상하고 이를 실험했으나 그 결과는 놀랍게도 초파리가 충동적, 본능적으로 이동하는 것이 아니라 선택을 하기 전 아마도 어떤 판단을 하는 것으로 나타났다고 합니다. 수 mm 에 불과한 초파리의 뇌와 신경계가 얼마나 작은 지를 고려하면 놀라운 결과라고 하겠습니다.  

​ 

(몸길이가 수 mm 에 불과한 초파리도 행동하기 전에 생각을 먼저 할 수 있다는 연구 결과가 나왔습니다. Drosophila sp fly. Credit: Muhammad Mahdi Karim/Wikipedia )

 연구자들은 초파리 (Drosophila fruit flies) 를 특정 농도의 냄새를 피하도록 훈련시킨 후 이 초파리를 좁은 방에 넣고 양끝에서 냄새의 농도를 달리하면 어느 방향으로 이동하는지 관찰했습니다. 냄새를 내는 화학물질의 농도가 아주 큰 차이를 보이면 초파리는 정확하고 빠르게 맞는 답을 찾아서 이동했습니다. 그러나 농도가 구별하기 힘들면 정확한 답을 찾는데 어려움을 겪었습니다. 

 여기까지는 별 다른 특징이 없지만 연구자들이 FoxP 라는 유전자에 변형을 일으킨 초파리를 실험했을 때 정상 초파리와는 확연히 다른 특징이 나타났습니다. 즉 이 유전자가 변형되어 제 기능을 못하는 초파리들은 애매한 농도에서 답을 찾는데 더 많은 시간이 걸리거나 혹은 제대로 답을 찾지 못했습니다. 초파리의 FoxP 유전자는 초파리의 뇌를 구성하는 20 만개의 뉴런 (neuron) 가운데 200 정도 뉴런이 모여 있는 작은 클러스터 주변에서 주로 활성화 되어 있습니다. 그리고 이 부위가 초피리가 경험과 여러 근거를 기준으로 판단을 내리는데 도움을 주는 것 같습니다. 

 초파리의 FoxP 유전자는 한가지이지만 훨씬 고등한 동물인 인간은 4 가지 종류의 FoxP gene 을 가지고 있습니다. 이중에서 FoxP1 과 FoxP2 는 각각 언어 및 인지 발달에 연관되어 있다고 알려져 있습니다. 또 동시에 피아노를 연주하는 것과 같은 정교한 동작을 학습하는데도 연관성이 있습니다. 수많은 동물에서 이 유전자는 생각하는 능력과 연관성이 있어 보입니다.  

 그런데 이 유전자에 장애가 생긴 초파리가 정확한 판단을 내리는데 장애를 보였다는 점은 이 유전자가 초파리에서도 학습과 인지 능력에 어떤 역할을 한다는 것을 의미합니다. 물론 동시에 초파리가 이런 능력을 가지고 있다는 것도 의미하고 있습니다. 애시당초 본능에 따라서만 움직인다면 다른 감각기능은 멀쩡하므로 유전자에 이상 유무와 상관없이 같은 행동을 보였을 것이기 때문이죠. 

 현재까지 과학자들은 언어 유전자 (language gene) 이나 혹은 의사 결정 유전자 (decision - making gene) 이라 불리는 FoxP  유전자가 어떻게 이렇게 다양한 정신 활동에 관여하는지는 정확히 모르고 있습니다. 그런데 인간보다 훨씬 간단한 구조를 지니고 있으면서 유전자 조작을 통해서 연구를 진행하기 쉬운 (인간에서 돌연변이를 유발해서 실험을 할 수는 없으니) 초파리를 이용해서 그 비밀을 조금더 다가선 셈입니다.

 아무튼 초파리도 '학습' 을 할 수 있을 뿐 아니라 판단을 내릴 수 있을지 모른다는 연구 결과는 흥미롭습니다. 그렇다고 해도 귀찮은 초파리를 없애기전에 우리 인간들이 한번 더 생각을 할 이유는 없겠지만 말이죠.   

 참고   

http://www.sciencemag.org/content/344/6186/901

http://phys.org/news/2014-05-fruit-flies-intelligence.html

Journal Reference:

1. Shamik Dasgupta, Clara Howcroft Ferreira, and Gero Miesenbock. FoxP influences the speed and accuracy of a perceptual decision in Drosophila.Science, May 2014 DOI: 10.1126/science.1252114