해파리와 말미잘을 어떻게 먹이와 적을 감지하고 독을 쏠까?

(The starlet sea anemone uses specialized stinging cells to detect changes in its environment and fire a toxic barb to pierce and envenomate prey. The stinging cells in the tentacles use a unique ion channel to trigger stinging in response to prey. Credit: Christophe Dupre and Keiko Weir)

해파리나 말미잘 같은 자포동물은 자세포 (cnidoblast, nematocyte, cnidocyte)라는 독특한 세포를 지니고 있습니다. 자세포는 자포(cnidae)라는 세포내 주머니가 있는데, 여기에는 독이 있어 먹이나 포식자를 마비시키거나 심한 통증을 유발합니다. 자포는 원시적이고 몸을 방어할 수 있는 다른 수단이 없는 해파리와 말미잘에게 매우 효과적인 방어 수단을 제공합니다.

자포동물: https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=5669869&cid=63057&categoryId=63057

과학자들은 이 단순한 이배엽성 생물이 뇌 없이 어떻게 먹이와 적을를 인식하고 자포를 발사하는지 궁금해왔습니다. 해파리와 말미잘 입장에서는 자포의 독 역시 중요한 자원이며 위험한 무기로 스스로를 쏘거나 혹은 엉뚱한 상대에게 발사해서 낭비하는 일이 없도록 해야 합니다. 매우 단순한 신경계를 지닌 해파리나 말미잘이 훨씬 고등한 생물은 물고기를 자포로 사냥한다는 것은 정말 놀라운 일입니다.

하버드 대학의 니콜라스 벨로노 (Nicholas Bellono) 교수가 이끄는 연구팀은 자세포가 어떻게 정확히 목표를 인지하고 공격하는지 알기 위해 스탈렛 말미잘 (starlet sea anemone) 이용해 연구를 진행했습니다. 연구팀에 따르면 자세포를 자극하는 것은 촉수에 도달하는 물리적 자극과 특정한 화학적 신호입니다.

화학적 신호는 별도의 화학감각 세포 (chemosensory cell)에서 감지하는데, 먹이나 포식자의 화학 신호가 감지되면 이 세포에서 신경 전달 물질로 널리 사용되는 아세틸콜린 (acetylcholine)을 분비합니다. 아세틸콜린은 자세포의 칼슘 이온 채널을 활성화시키는데, 이는 먹이가 가까이 있으니 자포를 발사하라는 신호입니다. 이후 물리적 자극과 연결되면 많은 양의 칼슘 이온이 세포로 들어오면서 자포가 발사되는 것입니다.

이번 연구는 자세포의 제어 기전을 좀 더 상세히 밝혔다는 점에서 의의가 있습니다. 과학자들은 그 기전을 점점 더 상세히 파고들고 있습니다. 물론 그것과는 별개로 인간이 접촉하면 자신을 방어하기 위해 자포를 쏜다는 사실은 바뀌지 않기 때문에 함부로 해파리나 말미잘을 만져서는 안될 것입니다.

참고

https://phys.org/news/2021-02-scientists-jellyfish.html

Keiko Weir et al. A molecular filter for the cnidarian stinging response, eLife (2020). DOI: 10.7554/eLife.57578

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