기본 콘텐츠로 건너뛰기

카페인이 알려준 커피의 진화



 카페인하면 커피 부터 생각하는 경우가 많지만 실제로 카페인은 커피는 물론 차나 카카오에도 포함되어 있으며 최근에는 다양한 의약품이나 기호 식품에도 첨가되어 있습니다. 그런데 여기서 인간이 첨가한 건 그렇다고 치지만 커피, 차, 카카오는 모두 계통학적으로 연관이 깊은 식물들이 아닌데 어째서 카페인이 같이 들어 있는지 궁금하셨던 분들도 있었을 것 같습니다. (물론 보통은 생각하지 않는 주제긴 하지만 사실 개인적으로 그런 궁금증을 과거 품었던 적이 있었습니다.) 


 최근 프랑스 개발 연구소 (French Institute of Research for Development (IRD)​) 의 연구자들과 다양한 기관의 연구자들이 협력으로 이 문제에 대한 해답을 내놓았습니다. 이들이 사이언스에 발표한 내용에 의하면 그 비밀은 수렴진화 (convergent evolution​ : 계통적으로 다른 조상에서 유래한 생물간에 유사한 기능 또는 구조가 진화하는 현상. 예를들어 어류와 고래 같은 경우.) 에 있다고 합니다. 즉 커피가 카페인을 생합성 할 수 있게된 것은 차나 카카오와는 별개로 카페인 생합성 능력을 진화시킨 것이며 이들의 공통 조상에서 물려받은 능력이 아니라는 것입니다. 


 커피는 꼭두서니과 (Rubiaceae) 에 속하는 식물입니다. 이 과는 무려 13000 종에 달하는 식물을 가지고 있으며 이 중에서 코페아 (Coffea) 속에 속하는 몇종이 상업적인 커피를 생산하는데 사용됩니다. 연구팀은 로부스타 (Robusta) 라는 품종으로 유명한 코페아 카네포라 (Coffea canephora​) 의 유전자를 분석했습니다. 이 종의 커피나무는 전세계 커피의 거의 30% 를 공급하고 있다고 합니다. 




(코페아 카네포라의 열매 


 연구자들은 이 유전자를 다른 여러 식물의 유전자와 대조했는데 특히 카페인 생합성에 관련되는 N-methyltransferases (NMTs) 을 만드는 유전자에 집중했습니다. 이 유전자는 코페아 카네포라의 DNA 에서 중복이 되어 있으며 따라서 이 커피나무가 카페인을 더 효율적으로 생산할 수 있게 합니다. 그런데 이 유전자 중복 (sequential tandem duplication​) 이 분명히 차와 카카오의 유전자와는 다른 것이 확인되었다고 합니다. 


 이것은 커피, 차, 카카오가 공통 조상에서 카페인 합성 능력을 물려 받은 것이 아니라 독자적으로 이를 진화시켰다는 중요한 증거가 됩니다. (즉 수렴진화의 사례이며 알고보니 아버지(조상) 이 같더라는 막장 드라마식 반전은 없었습니다) 같은 조상에서 비롯되었다면 그 구성이 비슷할 테니 말이죠. 이렇게 되면 또 흥미로운 부분은 바로 왜 이들이 카페인 생합성 능력을 진화시켰느냐 입니다. 연구팀은 사실 여기에 대해서는 확실한 답변을 가지고 있지 않습니다. 


 분명 커피, 차, 카카오가 아무 이유도 없이 카페인을 만들어내지는 않을 것입니다. 여기에 대해서 지금까지 나온 그럴 듯한 설명은 카페인이 신경독으로 이들을 노리는 곤충을 물리치는 데 사용된다는 것과 수분 (sequential tandem duplication​) 에 필요한 곤충을 꾀어내기 위한 것이라는 설등이 있습니다. 다만 아직 확실히 결론이 난 것은 아닙니다. 


 이들이 왜 카페인을 만들어 내는 지는 알 수 없지만 아무튼 커피, 차, 카카오는 이제 현대인의 주요 기호 식품이 되었습니다. 카페인 합성 능력의 진화는 인간과는 무관하게 일어났겠지만 이들이 전세계적으로 널리 재배되는데는 카페인의 역할이 제법 컸을테니 아무튼 가능한 자손을 많이 퍼트리는 진화상의 목표를 생각하면 아이러니하게 매우 적절한 능력이었던 셈입니다. 


 커피나무가 카페인을 왜 생산하든 간에 어제도 오늘도 내일도 우리는 카페인이 담긴 커피를 마시고 차를 마시게 될 것입니다. 졸린눈을 비비고 일을 하거나 공부를 할 때 이만한 친구가 없기 때문이죠. 


 참고 
Journal Reference:

  1. France Denoeud et al. The coffee genome provides insight into the convergent evolution of caffeine biosynthesis. Science, September 2014 DOI:10.1126/science.1255274



  

라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

몸에 철이 많으면 조기 사망 위험도가 높다?

 철분은 인체에 반드시 필요한 미량 원소입니다. 헤모글로빈에 필수적인 물질이기 때문에 철분 부족은 흔히 빈혈을 부르며 반대로 피를 자꾸 잃는 경우에는 철분 부족 현상이 발생합니다. 하지만 철분 수치가 높다는 것은 반드시 좋은 의미는 아닙니다. 모든 일에는 적당한 수준이 있게 마련이고 철 역시 너무 많으면 여러 가지 질병을 일으킬 수 있습니다. 철 대사에 문제가 생겨 철이 과다하게 축적되는 혈색소증 ( haemochromatosis ) 같은 드문 경우가 아니라도 과도한 철분 섭취나 수혈로 인한 철분 과잉은 건강에 문제를 일으킬 수 있습니다. 하지만 높은 철 농도가 수명에 미치는 영향에 대해서는 잘 알려지지 않았습니다.   하버드 대학의 이야스 다글라스( Iyas Daghlas )와 임페리얼 칼리지 런던의 데펜더 길 ( Dipender Gill )은 체내 철 함유량에 영향을 미치는 유전적 변이와 수명의 관계를 조사했습니다. 연구팀은 48972명의 유전 정보와 혈중 철분 농도, 그리고 기대 수명의 60/90%에서 생존 확률을 조사했습니다. 그 결과 유전자로 예측한 혈중 철분 농도가 증가할수록 오래 생존할 가능성이 낮은 것으로 나타났습니다. 이것이 유전자 자체 때문인지 아니면 높은 혈중/체내 철 농도 때문인지는 명확하지 않지만, 높은 혈중 철 농도가 꼭 좋은 뜻이 아니라는 것을 시사하는 결과입니다.   연구팀은 이 데이터를 근거로 건강한 사람이 영양제나 종합 비타민제를 통해 과도한 철분을 섭취할 이유는 없다고 주장했습니다. 어쩌면 높은 철 농도가 조기 사망 위험도를 높일지도 모르기 때문입니다. 그러나 임산부나 빈혈 환자 등 진짜 철분이 필요한 사람들까지 철분 섭취를 꺼릴 필요가 없다는 점도 강조했습니다. 연구 내용은 정상보다 높은 혈중 철농도가 오래 유지되는 경우를 가정한 것으로 본래 철분 부족이 있는 사람을 대상으로 한 것이 아니기 때문입니다. 낮은 철분 농도와 빈혈이 건강에 미치는 악영향은 이미 잘 알려져 있기 때문에 철...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

벽돌 속에 전기를 저장하는 코팅

  ( Red brick device developed by chemists at Washington University in St. Louis lights up a green light-emitting diode. The photo shows the core-shell architecture of a nanofibrillar PEDOT-coated brick electrode. Credit: D'Arcy laboratory, Department of Chemistry, Washington University in St. Louis )  신재생 에너지 확대와 에너지를 24시간 차질 없이 공급해야 하는 기업과 기관 (예를 들어 병원, 금용기관, 중요 산업 시스템 및 기타 갑자기 시스템을 중지할 수 없는 분야)이 증가함에 따라 에너지 저장 장치 (ESS)의 수요 역시 가파르게 증가하고 있습니다. 특히 풍력과 태양광처럼 에너지 생산량 변동이 심한 에너지원이 보급되면서 값싸고 안전하게 대량의 에너지를 저장할 수 있는 방법의 요구가 커지고 있습니다.   워싱턴 대학 줄리오 다르시 ( Julio D'Arcy ) 교수가 이끄는 연구팀은 평범한 벽돌에 전기를 저장할 수 있는 새로운 방법을 개발했습니다. 연구팀의 접근법은 전기가 통하는 폴리머 소재인  PEDOT를 코팅해 벽돌 자체를 슈퍼 커패시터 (콘덴서)로 만드는 것입니다. 화학 배터리 대신 슈퍼 커패시터에 전기를 저장하는 연구는 일찍부터 있어왔지만, 흔한 벽돌 소재의 슈퍼 커패시터는 참신한 시도라고 할 수 있습니다. 벽돌에 에너지를 저장하려는 시도 역시 이전에도 있었지만, 대개 열을 저장하는 방식이었고 전기 자체를 저장하는 방식은 새로운 시도입니다.   이전 포스트:  https://blog.naver.com/jjy0501/221592595133  연구팀에 따르면 일반적인 크기의 벽돌에 PEDOT 소재를 코팅할 경우 최대 10분 정도 LED 전...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

상어 비늘을 흉내낸 항공기 스킨 - 에어로샤크

  (출처: 루프트한자 그룹) ​ ​ 몇년 전 소개드린 바 있는 에어로샤크(AeroSHARK)가 유럽 항공 안전국(EASA)으로부터 에어버스 A330-300에 탑재해도 좋다는 승인을 받아 적용 범위를 확장하게 됐습니다. 상어의 비늘을 모방해서 항력을 낮추는 에어로샤크는 가벼운 필름 형태로 부착해서 항공기의 연료 효율을 높일 수 있습니다. ​ 이전 포스트: https://blog.naver.com/jjy0501/222658782756 ​ 항공기를 잡아당기는 항력 (drag)은 항공기의 연료 소모를 증가시키는 원인 중 하나입니다. 여객기의 알루미늄 합금 동체는 만져보면 매끄럽게 느껴지지만, 사실 표면은 미세하게 거친 상태입니다. 비행기가 시속 890km의 속도로 대기를 뚫고 나아갈 때 얇은 공기층이 동체에 달라붙는데, 표면과 이 공기층 사이에는 약 1밀리미터 두께의 아주 작은 틈이 있습니다. 점성 하층이라고 불리는 이 틈은 소용돌이가 무질서하게 뒤섞인 공기 덩어리입니다. ​ 이 얇은 난류층은 표면 마찰 항력을 발생시킵니다. 이는 전체 공기역학적 항력의 약 50%를 차지하며, 성능과 비행 효율을 떨어뜨리는 요인입니다. 그런데 사실 상어는 수억 년 전부터 기발한 방법으로 물속에서 항력을 낮춰왔습니다. 상어는 작고 이빨처럼 생긴 비늘인 피부치상돌기를 지니고 있습니다. 상어의 몸을 따라 길게 뻗어 있는 이 작은 돌기들은 물이 상어의 몸 위로 흐를 때, 미세한 소용돌이가 피부에 직접 닿지 않도록 막습니다. 이렇게 하면 난류가 억제되어 상어가 빠르고 부드럽게 헤엄칠 수 있게 됩니다. ​ ​ 에어로사크는 자연의 디자인을 모방하여 유사한 효과를 냅니다. 이는 상어 이빨 능선의 기하학적 구조와 높이, 간격을 흉내낸 50마이크로미터 크기의 홈이 새겨진 인공 고분자 필름입니다. 이 얇은 필름을 비행기 동체에 붙으면 비행당 연료 소비량과 배출량을 1% 줄일 수 있으며, 날개와 꼬리날개에도 붙인 경우 최대 2%까지 줄일 수 있습니다. ​ 디스커버 항공은 자사의 에어버스 ...
댓글 쓰기
자세한 내용 보기