(The unusual five-axis symmetry of sea stars (Patiria miniata) has long confounded our understanding of animal evolution. Credit: Chan Zuckerberg Biohub)
(By staining genetic material with fluorescent labels, researchers can examine how key genes behave across the sea star body. Credit: Laurent Formery)
불가사리의 머리는 어디일까? 엉뚱해 보이는 질문 같지만, 사실 과학자들 사이에서도 진지하게 논의된 문제입니다. 스폰지밥의 3뚱이는 다섯 개의 팔 가운데 하나가 머리이지만, 과학자들은 그외에도 여러 가지 가능성을 염두에 두고 가설을 세웠습니다. 하지만 어느 것도 명확한 증거를 제시하지 못했습니다.
불가사리 같은 극피 동물은 사실은 우리와 같은 좌우 대칭형 동물에 속합니다. 따라서 머리와 몸통, 꼬리를 지니고 있을 법 하지만 유충 단계를 지나 성체가 되면 다섯 방향 이상의 대칭형 동물로 변합니다.
스탠포드 대학과 캘리포니아 대학 버클리 캠퍼스의 과학자들은 마이크로 CT 스캔과 PacBio가 개발한 Hi Fi 시퀀싱 기술을 이용해 그 해답을 찾아냈습니다. HiFi 시퀀싱 기술은 한번에 대량의 유전정보를 통채로 분석할 수 있는 기술로 이번 연구에서는 불가사리 몸의 유전자를 추적하는 공간 전사체학 (spatial transcriptomic) 연구에 활용됐습니다.
(How would a starfish wear trousers? Science has an answer)
좌우 대칭형 동물은 전뇌 (forebrain), 중뇌 (midbrain), 몸통 (trunk)의 순서로 머리에서 꼬리까지 이어지는 구조를 지니고 있습니다. 공간 전사체학을 통해 각 부위의 특징적 유전자를 분석한 결과 연구팀은 놀라운 결론에 도달했습니다. 불가사리에서 없어진 것은 머리가 아니라 사실은 몸통이었습니다. 불가사리 몸의 대부분은 전뇌와 중뇌에서 유래했으며 몸통은 퇴화해 사라진 것이었습니다.
이런 예상치 못한 결과는 자연의 진화가 인간의 상상력보다 훨씬 더 자유분방하다는 사실을 보여주고 있습니다. 뚱이처럼 불가사리는 다섯 개의 팔 가운데 두 개는 팔, 두 개는 다리, 하나는 머리가 아니라 그냥 전체가 머리인 생물체이지만, 그래도 만화는 만화로 남아야 하지 않을까 생각합니다.
(스폰지밥 | 30분 동안 천재가 된 뚱이! | 니켈로디언)
참고
https://phys.org/news/2023-11-presumed-starfish.html
Laurent Formery, Molecular evidence of anteroposterior patterning in adult echinoderms, Nature (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06669-2. www.nature.com/articles/s41586-023-06669-2
Thurston Lacalli, A radical evolutionary makeover gave echinoderms their unusual body plan, Nature (2023). DOI: 10.1038/d41586-023-03123-1 , doi.org/10.1038/d41586-023-03123-1
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