직접 진화 실험을 통해서 2만 배나 큰 군집을 만든 효모

 (Microscope images of modules of "evolved" yeast with elongated cells, forming larger clusters. Credit: Georgia Tech)

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(Snowflake yeast cells were grown from clusters of about 100 cells (left) to half a million cells (right) through the team's evolution experiment. Credit: Georgia Tech)

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(Credit: Georgia Tech)

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세대가 짧은 생물을 인위적인 방향으로 진화시키는 직접 진화 실험은 사실 새로운 것이 아닙니다. 우리가 먹는 작물, 과일, 가축이 모두 인위적인 선택을 통해 개량되어 현재의 모습을 하게 되었기 때문입니다. 그리고 이 과정을 거쳐 개량된 식물과 동물 가운데는 야생종이 무엇인지 확인하기 어렵거나 너무나 다른 모습을 한 경우도 심심치 않게 볼 수 있습니다. 이 과정에는 수천 년 이상의 시간이 걸렸습니다.

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현대의 과학자들에겐 너무나 긴 시간이기 때문에 보통 직접 진화 실험을 미생물처럼 세대가 짧은 생물을 대상으로 이뤄집니다. 조지아 공대의 과학자들이 진행하고 있는 Multicellularity Long-Term Evolution Experiment (MuLTEE) 역시 마찬가지로 눈송이 효모 (snowflake yeast)를 이용했습니다.

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연구팀은 3000세대에 걸쳐 가장 큰 클러스터를 이루는 효모를 선택했습니다. 그 결과 자연 상태에서 비교적 작은 규모의 세포 덩어리인 클러스터를 만드는 눈송이 효모들은 2만 배나 큰 50만 개의 세포를 지닌 클러스터를 만들었습니다. 이 클러스터는 눈으로 보일 정도로 커졌으며 (두 번째 사진) 조상보다 1만 배나 단단히 결합했습니다.

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일반적으로 세포 분열을 통해 증식한 효모들은 일정한 크기의 클러스터를 형성하면 분리되어 퍼져 나가지만 개량형 눈송이 효모들은 마치 덩굴처럼 서로 얽혀서 쉽게 떨어지지 않는 구조를 만들어 하나로 뭉쳤습니다. 연구팀은 이 구조를 주사 전자 현미경으로 확인했습니다. (3번째 사진)

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하지만 단순한 세포의 덩어리는 진정한 의미의 다세포 생물이라고 보기는 어렵습니다. 이 효모들이 더 크고 각각의 기능을 지닌 복잡한 다세포 구조로 진화하는 과정은 앞으로의 연구 과제입니다. 과연 다세포 효모 생물이 새롭게 탄생할 수 있을지 주목됩니다.

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참고

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https://newatlas.com/biology/evolution-experiment-yeast-single-cell-multicellular/

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https://www.nature.com/articles/s41586-023-06052-1