외골격과 같은 물질로 눈을 만든 투구게의 비결

 (The horseshoe crab. One of the compound eyes is visible on the side of the animal. Credit: Pixabay/ckaras)

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(Transmission light micrograph of the inside of the compound eye of the horseshoe crab showing the array of light-collecting lenses. The lenses appear dark or bright depending on the viewing angle. Credit: Oliver Spaeker)

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투구게는 고생대부터 지금까지 그 형태가 거의 변하지 않아 살아 있는 화석으로 불립니다. 사실 게도 아니고 갑각류도 아니기 때문에 다른 절지동물과 매우 다른 독특한 특징을 지닌 동물로 절지동물의 눈 구조인 겹눈 구조 역시 곤충, 거미, 갑각류와 다른 형태를 지니고 있습니다.

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보통 곤충류나 거미류의 겹눈은 외골격의 표면에 솟아나거나 부속지에 달려 있는 구조로 유리질의 단백질로 구성되어 있습니다. 하지만 투구게는 외골격과 같은 물질인 큐티클 (cuticle)의 일부가 변형된 독특한 겹눈 구조를 지니고 있어 마치 눈이 외골격에 통합되어 있는 듯한 모습을 지니고 있습니다.

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드레스덴 공대의 옐 폴리티 교수 (Prof. Yael Politi, B CUBE–Center for Molecular Bioengineering at TU Dresden)가 이끄는 연구팀은 프랑스에 있는 유럽 싱크로트론 방사선 시설 (European Synchrotron Radiation Facility)과 독일 베를린에 있는 베시 II 광원 (BESSY II Light Source)을 이용해 강력한 에너지로 투구게의 겹눈 구조를 연구했습니다.

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흔히 하는 오해 중 하나는 투구게가 수억 년 전부터 진화가 멈춘 생물이라는 것이지만, 원시적인 구조에도 불구하고 다른 생물과의 경쟁에서 살아남기 위해 다른 살아 있는 화석처럼 투구게 역시 끊임 없는 진화를 이룩한 생물입니다. 그 결과 투구게의 겹눈은 큐티클의 주성분인 키틴 단백질 섬유 구조를 최대한 활용해 빛을 효과적으로 투과하면서 시야를 확보할 수 있는 형태로 만들어져 있습니다. 특히 소량 포함된 브롬이 큰 역할을 하는 것으로 보입니다.

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이렇게 해서 만든 투구게의 겹눈은 외골격과 통합되어 튼튼할 뿐 아니라 시야각도 우수하고 다른 경쟁 관계에 있는 절지동물의 눈과 특별히 떨어지지 않는 성능을 지녀 경쟁에서 살아남을 수 있었습니다. 수억 년 동안 살아남은 이유는 사실 끊임 없는 진화와 노력의 결과물일 것입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2022-11-scales-scientists-horseshoe-crab-cuticle.html

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Oliver Spaeker et al, Gradients of Orientation, Composition, and Hydration of Proteins for Efficient Light Collection by the Cornea of the Horseshoe Crab, Advanced Science (2022). DOI: 10.1002/advs.202203371