다세포 생물의 기원을 설명해줄 단백질

(The muliticellular algae, Tetrabaena socialis. Credit: Hisayoshi Nozaki and Yoko Arakaki)

 다세포 생물의 기원은 과학자들에게 큰 궁금증 가운데 하나입니다. 우리는 다세포 생물을 매우 당연하게 생각하지만, 사실 지구 역사상 대부분은 단순한 미생물만 존재했습니다. 적어도 혼자서 수십 억년 간 잘 살아왔던 세포들이 왜 뭉치기 시작했는지, 그리고 어떤 과정을 통해서 뭉쳤는지는 아직 풀지 못한 큰 수수께끼 가운데 하나입니다. 

 단번에 이 질문에 대한 대답은 찾기 어렵지만, 과학자들은 현생 생물을 세밀하게 관찰해서 다세포성의 진화에 대한 단서를 찾고 있습니다. 그 가운데 조류(algae)의 일종인 볼복스 (volvox)는 단세포로 생활하다 수백개의 세포가 모여 군체를 이루는 특징 때문에 다세포 생물의 진화 모델로 많은 연구가 되어 있습니다. 

 비록 그 자체는 현생 다세포 식물의 직접 조상은 아니지만, 단세포 생물이 다세포성을 지녀서 유리한 점이 있다면 현생 단세포 생물 역시 다세포로 진화하는 중간 단계를 거칠 가능성이 크므로 좋은 모델이라고 할 수 있습니다. 이런 이유로 군체 생활을 하는 조류는 다세포 진화 연구에 많이 활용되고 있습니다. 

 윗워터스랜드 대학의 조나단 페더스톤(Jonathan Featherston, of the Evolution of Complexity Laboratory at the University of the Witwatersrand)은 매우 단순한 군체 조류인 Tetrabaena socialis를 연구했습니다. 이 조류는 단세포 생활을 하다가 불과 네 개가 모여 집단을 형성하는데, 아마도 초기의 다세포 생물 역시 이렇게 작은 군체를 이루는 것으로부터 시작했을 것입니다. 

 이 조류의 유전자를 연구한 결과 ubiquitin proteasomal pathway (UPP)라는 과정이 중요한 것으로 나타났습니다. 이 유전자는 세포의 분열을 조절하는 데 관여하는 것으로 보이는데, 사실 적당한 수준에서 분열을 멈추는 것이야말로 다세포 진화의 첫 걸음이라고 할 수 있습니다. 

 단세포 생물은 기회만 있으면 분열을 통해 증식할 것입니다. 하지만 다세포 생물이라면 적당한 선에서 증식을 멈추고 세포 주기를 조절할 수 있어야 합니다. 이 통제를 벗어나면 암세포가 되는 것이죠. 물론 이것 하나만으로 다세포성이 진화하지는 않지만, 이 과정이 다세포 생물의 진화에서 중요하다는 점은 분명할 것입니다. 

 이보다 흥미로운 점은 불과 4개의 세포가 모이는 것이 어떤 이득이 있냐는 점입니다. 제가 생각하는 이점은 덩치가 커지면서 이제 비슷한 크기의 포식자에서 더 안전해진다는 것입니다. 물론 현재처럼 대형 포식자가 많은 환경에서는 별 이득이 없을 수도 있지만, 아마도 다세포 생물이 처음 진화하던 시점에는 큰 포식자가 없었으므로 상당한 이점을 제공했을 것입니다. 물론 이외에도 다양한 이득과 손실이 있겠지만 말이죠. 

 이 이야기를 하는 이유는 제가 곧 출간할 책에서도 언급한 내용이기 때문입니다. 정식으로 나오면 다시 소개드리지만, 생물 진화의 중요한 키(key)로 포식 활동이 있었을 것으로 생각합니다. 

 참고 

Jonathan Featherston et al. The 4-Celled Tetrabaena socialis Nuclear Genome Reveals the Essential Components for Genetic Control of Cell Number at the Origin of Multicellularity in the Volvocine Lineage, Molecular Biology and Evolution (2017). DOI: 10.1093/molbev/msx332

 https://phys.org/news/2018-02-team-pieces-mystery-cell-life.html#jCp