조기어류의 지느러미도 팔다리가 될 수 있다?

(Human limbs have multiple long bones that articulate end on end and allow for a wide range of movements (left). Normal zebrafish, on the other hand, have no such articulation in their diminutive fin skeleton (middle). Scientists have now discovered mutant zebrafish that grow new bones away from the body in pattern similar to limbs (right). The new mutant bones develop using the same genes used to make the forearm (pink in left and right skeletons). Credit: M. Brent Hawkins)

척추동물 가운데 경골어류는 매우 중요한 그룹입니다. 단단한 뼈를 지녀 육지 생활에 적응할 수 있기 때문입니다. 이들 가운데 일부는 데본기에 사지류로 진화해서 육지로 진출했습니다. 하지만 모든 그룹이 진출할 수 있었던 것은 아닙니다.

살덩이 같은 지느러미를 지닌 육기어류의 조상이 사지류로 진화해 현재 양서류, 파충류, 포유류, 조류의 조상이 되었고 우리가 흔히 보는 지느러미를 지닌 조기어류는 현재도 물속에서 살아갑니다. 육기어류의 지느러미가 팔다리로 진화하기 유리한 형태라는 점을 생각하면 당연한 결과입니다. 이 내용은 제 책인 포식자에서도 다룬 바 있습니다.

책 정보: http://book.naver.com/bookdb/book_detail.nhn?bid=13347200

그런데 하버드 대학의 브렌트 호킨스(M. Brent Hawkins)와 그 동료들은 사실 조기어류의 지느러미도 사지 동물의 팔과 유사한 형태로 진화될 수 있다는 새로운 사실을 발견했습니다. 연구팀은 흔한 관상어의 하나이자 유전자 연구에서 널리 쓰이는 제브라 피쉬를 이용해 지느러미의 진화를 연구했습니다.

연구팀은 지느러미 발생에 중요한 waslb 및 vav2 유전자에 돌연변이를 삽입해 어떤 변화가 일어나는지 관찰했습니다. 놀랍게도 이 유전자에 변이가 발생할 경우 사지동물의 앞다리와 비슷한 근육 및 뼈의 변화가 발생했습니다. 심지어 본래는 없던 관절 구조까지 확인할 수 있었습니다. 그리고 이 유전자 변이가 사지동물에서 사지 발생에 중요한 hoxa11b의 발현을 증가시킨다는 사실도 확인했습니다. 결국 사지 동물로 진화하는 데 필요한 기본 유전자는 육기어류는 물론 조기어류에서도 지니고 있었던 셈입니다.

물론 그래도 조기어류보다 육기어류가 걷기에 편리한 구조라는 점은 분명합니다. 그래서 육기어류의 조상이 3억년 이전에 육지로 먼저 상륙했을 것입니다. 하지만 이번 연구는 어쩌면 조기어류도 그와 같은 일이 불가능하지 않았다는 점을 시사합니다. 먼 미래에라도 과연 걷는 조기어류가 나올 수 있을지 궁금합니다.

참고

Cell, Hawkins et al.: "Latent developmental potential to form limb-like skeletal structures in zebrafish" www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00003-9 , DOI: 10.1016/j.cell.2021.01.003

https://phys.org/news/2021-02-fin-limb-mutations-zebrafish-fins.html

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