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)

(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)

(Credit: Georgia Tech)

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.

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.

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.

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)

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.

참고

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

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

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