(Stentor Roeselii is a trumpet-shaped micro-organism that new experiments suggest is capable of more complex decision-making. Credit: Dexter et al, 2019)
(A Stentor roeselii contracting in defense. Credit: Bill Porter)
(If other defense mechanisms don't work, S. roeselii will detach itself and swim away as a last resort. Credit: Dexter et al, 2019)
단세포 생물도 여러 가지 복잡한 행동을 보여줄 수 있습니다. 허버트 스펜서 제닝스 (Herbert Spencer Jennings)는 이미 한 세기 전인 1906년에 단세포 동물인 Stentor roeselii 이 먹이가 아닌 자극이 지속되면 처음에는 회피하려고 하다가 결국 자리를 뜬다는 사실을 발견했습니다.
Stentor roeselii는 작은 단세포 동물이지만, 생각보다 복잡한 구조를 지닌 큰 세포입니다. 따라서 처음에는 민물에 사는 소형 무척추동물로 오해할 수 있지만, 뇌가 없는 단세포 생물입니다. 이들은 마치 종처럼 생긴 입을 지니고 있으며 이를 움직이면서 물속의 작은 유기물과 박테리아를 잡아 먹습니다. 입 주변에는 작은 섬모가 있어 주변에서 작은 물질을 흡수합니다.
문제는 먹이나 아니라 엉뚱한 이물질이 들어오는 경우입니다. 먹이가 아니라 먼지를 흡수한다면 굶어 죽고 말 것입니다. 따라서 이를 회피한다는 것은 당연해 보이지만, 의외로 이 실험 결과를 재현하기가 어려웠습니다. 이 작은 단세포 동물이 생각보다 예측이 어렵게 반응했던 것입니다.
하버드 대학의 과학자들은 여러 가지 물질을 가지고 실험하던 중 Stentor roeselii가 작은 미세 플라스틱을 가장 싫어한다는 사실을 확인했습니다. 이를 가지고 행동을 수학적으로 분석한 결과 이들이 분명하게 이를 회피하거나 자리를 이동한다는 사실을 확인했습니다. 각 개체에 따라 반응이 조금씩 달랐지만, 이들이 먹이가 아닌 것을 피하는 능력이 없다면 분명 자연계에서 생존할 수 없을 것입니다.
연구를 이끈 제레미 구나와데나 (Jeremy Gunawardena)는 뇌가 없는 단세포 동물도 주변 환경을 인지하고 안 좋은 자극이 오래 지속되면 마음을 바꿀 수 있다(change its mind)고 설명했습니다. 아직 그 기전은 알 수 없지만, 분명 단세포 동물도 복잡한 행동을 할 수 있는 방법이 존재할 것입니다. 그렇지 않다면 환경에서 살아남기 어렵기 때문입니다. 어떤 과정을 통해 이를 감지하고 행동을 결정하는지 그 기전을 알아내는 것이 숙제입니다.
참고
Current Biology, Dexter et al.: "A complex hierarchy of avoidance behaviours in a single-cell eukaryote" https://www.cell.com/current-biology/S0960-9822(19)31431-9 , DOI: 10.1016/j.cub.2019.10.059
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