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거북이의 유전자 지도를 통해 알아보는 진화




 척추 동물의 진화 과정은 아직도 모르는 부분이 많이 존재합니다. 그 중에서 아마도 파충강에서 아주 오래된 그룹에 속하는 거북목의 진화 초기 과정은 아직도 베일에 가려 있습니다. 화석상의 기록으로는 적어도 트라이아이스기 정도에 등장한 것이 확실하지만 그 이전에 정확히 언제 다른 파충류와 갈라지게 되었고 어떻게 그런 독특한 체형을 발전시켜는지는 아직도 모르는 부분이 존재합니다.  


 일본을 대표하는 연구 기관인 라이켄 (Riken : Rikagaku Kenkyūjo (理化学研究所, 이화학연구소)) 가 중심이된 9 개국의 국제 연구팀은 녹색 바다 거북 (green sea turtle, C. mydas ) 과 Chinese soft shell turtle (P. sinensis) 의 발생에 필요한 유전자 지도를 완성했습니다. 이 연구의 리더인 이리에 박사 (Dr. Naoki Irie ) 와 그 동료들이 Nature genetics 에 기고한 논문에서 거북이의 조상이 새-악어류 등의 조상과 갈려진 것은 약 2억 6790 만년에서 2억 4830 만년 사이인 것 같다고 보고했습니다.      


 이들의 연구에 의하면 파충류의 조상이 양서류 및 포유류의 조상과 갈라진 것은 적어도 석탄기였으며 거북류의 조상이 다른 그룹 - 새/공룡/악어/도마뱀 등 - 과 갈라진 것은 페름기였던 것으로 보인다고 합니다. 이 시기 거북류는 매우 독특한 체제 (body plan, 동물 몸의 기본 형식) 를 획득해 외형은 물론 몸의 구조 자체에서 다른 유양막류 (Amniota) 와는 완전히 다른 형태를 가지게 됩니다. 



(거북류와 닭의 배아 발달 모습. 초기에는 비슷한 형식의 배아가 거북의 독특한 등껍질을 만들기 시작하면서 차이를 보이기 시작  Turtle and chicken body plan during development. (Credit: Image courtesy of RIKEN) )   


 이리에 박사등에 의하면 거북류는 배아단계에서 처음 척추동물 공통의 기본적인 체제를 만든 후 알속에서 이후 거북류에 특화된 발달 시기를 거치게 되는데 사지를 만드는데 쓰이는 유전자 중 일부가 등껍질을 만드는데 다시 응용되는 것 같다고 합니다. 이에 의하면 거북류의 Wnt5a 유전자가 발생 도중 등껍질 부위의 성장영역의 발현되며 사지 발생과 연관된 Wnt signaling 이 관여하는 것으로 보인다고 합니다.   


 생물의 진화를 연구하는데 있어 현재 화석 만큼 중요한 역할을 하는 것은 바로 유전자입니다. 여기에는 많은 수정이 가해지긴 했지만 과거 진화의 흔적이 기록되어 있습니다. 비슷한 유전자가 얼마나 변형이 되었는지를 추적 연구하고 비교하는 것은 언제쯤 이 생물들이 공통 조상으로 부터 갈라졌는지를 확인할 수 있는 좋은 방법일 뿐 아니라 어떤 방식으로 진화의 메카니즘이 이루어졌는지를 확인 할 수 있는 유일한 수단이기도 합니다. 


 또 이 연구의 내용에 따르면 사실 트라이아이스기 이전에 거북류의 조상이 분리된 만큼 현재까지 발견된 가장 오래된 거북종 (이글을 쓰는 시점의) 인 Odontochelys semitestacea (2억 2000  만년 전 표본) 보다 더 오래된 종이 존재할 가능성이 높아졌습니다. 우리가 발견한 화석은 완전한 기록이 아니므로 항상 새로운 화석 표본이 발견될 가능성이 있습니다.  O. semitestacea 의 경우 현대의 거북과는 달리 부리대신 이빨과 완전하지 않은 등껍질을 가지고 있었습니다. 과연 이보다 더 원시적인 거북은 어떤 특징을 가지고 있을지 궁금해지는 소식이었습니다. 




 참고  



Journal Reference:

  1. Zhuo Wang, Juan Pascual-Anaya, Amonida Zadissa, Wenqi Li, Yoshihito Niimura, Zhiyong Huang, Chunyi Li, Simon White, Zhiqiang Xiong, Dongming Fang, Bo Wang, Yao Ming, Yan Chen, Yuan Zheng, Shigehiro Kuraku, Miguel Pignatelli, Javier Herrero, Kathryn Beal, Masafumi Nozawa, Qiye Li, Juan Wang, Hongyan Zhang, Lili Yu, Shuji Shigenobu, Junyi Wang, Jiannan Liu, Paul Flicek, Steve Searle, Jun Wang, Shigeru Kuratani, Ye Yin, Bronwen Aken, Guojie Zhang, Naoki Irie. The draft genomes of soft-shell turtle and green sea turtle yield insights into the development and evolution of the turtle-specific body plan. Nature Genetics, 2013; DOI: 10.1038/ng.2615



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