원추세포 + 간상세포. 하이브리드형 광수용체를 지닌 심해어

 (Two pearlside species that have hybrid photoreceptors in their eyes as larvae and adults, Maurolicus muelleri and Maurolicus mucronatusDr. Wen-Sung Chung / The University of Queensland)

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인간을 비롯한 척추동물의 시세포는 원추 세포(Cone cell)와 간상 세포(rod cell)로 나눌 수 있습니다. 이 세포들은 눈의 망막에 위치하여 빛을 감지합니다. 원추 세포는 밝은 곳에서 색깔과 정밀한 형태를 식별하고, 간상 세포는 어두운 곳에서 명암을 구분하며 형태를 감지합니다. 원추 세포는 중심부에 밀집되어 색상을, 간상 세포는 주변부에 많아 야간 시력을 담당합니다.

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대부분의 척추동물에서 시각은 원추세포가 먼저 발달하고 간상세포가 나중에 발달하는 순서를 따릅니다. 하지만 최근 호주 퀸즐랜드 대학의 릴리 포그(Lily Fogg)와 패니 드 부세롤(Fanny de Busserolles), 그리고 동료들은 홍해의 20-200m 정도 되는 바다에서 심해어의 치어에서 예외적인 원추세포와 간상세포의 하이브리드 세포를 발견했습니다.

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대부분의 어린 물고기 (치어)들은 보통 얕은 바다에서 성장합니다. 하지만 심해 환경에 적응한 심해어의 경우 얕은 바다라고 해도 중층대 (mesopelagic zone) 또는 약광층 (twilight zone, 해수면 아래 약 200m에서 1,000m 사이)에서 살아갑니다. 아직 미숙한 어린 치어의 시세포로는 이런 어두운 환경에서 제대로 빛을 감지하기 쉽지 않을 것입니다.

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(( A ) 막대 모양 또는 원추 모양 형태를 가진 광수용체의 개략도. ( B ~ G ) V. mabahiss의 초기 유충 및 성체 광수용체 층의 대표적인 광학 현미경 사진[(B) 및 (E)]과 투과 전자 현미경 사진[(C) 및 (D) 및 (F) 및 (G)] .Fogg 외 / 퀸즐랜드 대학교)

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연구팀은 빈치게리아 마바히스(Vinciguerria mabahiss), 마우롤리쿠스 무크로나투스(Maurolicus mucronatus), 벤토세마 프테로툼(Benthosema pterotum) 세 종의 심해어 유생 망막을 조사해 이들이 빛이 약한 환경에서 어떻게 적응했는지 조사했습니다.

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그 결과 연구팀은 이 물고기들의 간상 세포가 원추 세포 특이적 유전자들을 압도적으로 많이 발현하고 있다는 사실을 발견했습니다. 다시 말해, 이 세포들은 막대 세포 형태를 띠면서도 원추 세포처럼 기능했던 것입니다. 간상 세포와 유사한 구조는 저조도 환경에서 최대한 많은 광자를 포착하도록 최적화되어 있으며, 원추 세포에서 유래한 분자 메커니즘은 더 빠른 반응과 회복을 지원합니다. 이러한 조합 덕분에 이 하이브리드 광수용체는 어두운 약광층에서도 효과적으로 빛을 감지할 수 있습니다.

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흥미로운 대목은 이 물고기들이 성장 과정에서 하이브리드 광수용체 구조를 유지한ㄴ 경우와 아닌 경우가 있다는 것입니다. 마우롤리쿠스의 경우 , 간상 모양이면서 원추 세포적 특징을 지닌 하이브리드 세포들이 성체가 되어서도 우세하게 나타납니다. 반면 다른 두 종에서는 망막이 시간이 지남에 따라 더욱 익숙한 저조도 환경에 적응하면서 진정한 간상 세포 쪽으로 변화합니다. 이는 주로 서식하는 환경의 차이에 따라 나타나는 변화로 보입니다.

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원추 세포형 간상 세포는 생물학, 의학 시간에 공부했던 내용을 뒤집는 자연계의 창의적인 적응인데, 사실 다른 척추동물에서도 보고된 사례가 있다고 합니다. 어두운 환경에 사는 동물에서 왜 더 많은 사례가 없었을까 하는 의구심이 드는 대목이기도 합니다. 앞으로 비슷하 사례들이 더 많이 발견될지 주목됩니다.

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사실 그런것보다 마치 이빨 같이 생긴 복부 아래의 모양이 눈길이 가는데, 사실은 발광 기관입니다. 두 줄의 발광기관이 LED 처럼 있어서 빛을 내는 구조라고 하네요.

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참고

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https://refractor.io/biology/hybrid-rods-cones-eye-cell-deep-sea-fish-vision/

Lily G. Fogg et al. ,Deep-sea fish reveal an alternative developmental trajectory for vertebrate vision.Sci. Adv.12,eadx2596(2026).DOI:10.1126/sciadv.adx2596