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과학자들이 한 종의 고유 행동을 다른 종에서도 똑같이 구현하는 ‘이종 행동 전환’ 실험에 성공했다. 그동안 형질에 관여하는 유전자가 서로 다른 종 사이에 교환된 적은 있었지만, 행동 자체가 유전적으로 다른 동물에게 이전된 것은 이번이 처음이다.
일본 통신연구기구(NICT)와 나고야대 공동연구진은 단 하나의 유전자 조작으로 한 초파리종의 구애 행동을 다른 초파리종에서도 구현하는 데 성공했다고 국제학술지 사이언스에 발표했다.
연구진은 2017년 노래로 구애하는 초파리종(D. melanogaster)과 먹이를 토해내는 것으로 구애홍프로
하는 초파리종(D. subobscura)의 교미 행동과 관련한 신경망 연구에서, 두 종 모두가 인슐린 생성 뉴런에 구애행동에 관여하는 유전자 프루(fru)를 갖고 있다는 걸 알아냈다. 그러나 같은 유전자를 갖고 있음에도 구애 행동시 한 종에선 날개 근육 및 소리와 관련한 신경망이, 다른 종에선 암컷에게 먹이를 토해내는 시각 및 운동 신경망이 작동했다.
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초파리 뇌에서 발견된 인슐린 생성 뉴런. 나고야대 제공
노래 멈추고 먹이 토하는 구애 시작
연구진은 후속 연구를 통해 먹이를 토하는 초파리 뇌를 분석한 결과, 신경분비중추인 뇌간부(PI)에 16~18주식개미들의모임
개의 인슐린 생성 뉴런이 모여 있으며, 이 뉴런들이 수컷에게만 생성되는 단백질 프루엠(FruM)을 생성한다는 걸 발견했다.
이어 노래하는 초파리와 비교한 결과, 먹이를 토하는 초파리의 인슐린 생성 뉴런은 구애 조절 중추에 연결돼 있는 반면, 노래하는 초파리에는 그런 연결망이 없는 것으로 나타났다. 노래하는 초파리의 인슐린 생성 뉴런에선 이락앤락 주식
유전자가 활성화되지 않은 것이다.
연구진은 노래하는 초파리의 인슐린 생성 뉴런에 있는 프루 유전자를 활성화시켰다. 그러자 이 유전자가 프루엠 단백질을 만들었고, 이어 뉴런에서 긴 신경 돌기가 자라나 인슐린 생성 뉴런과 구애 조절 중추를 잇는 회로가 만들어졌다. 새 회로가 형성되자 노래만 하던 수컷 초파리의 구애 행동에 변화가 일어났다. 파칭코게임다운로드
먹이를 토해내 암컷에게 주는 행동을 보이기 시작한 것이다.
연구진은 3000만~3500만년 전에 분화된 두 종이 이후 각기 다른 환경에서 다른 방식의 구애 행동을 진화시켰을 것으로 추정했다.
2024년 발표된 역대 최대의 초파리 뇌 지도 중 일부. 프린스턴대 제공
잠자는 인간 본능을 유전자로 깨워?
연구진은 “이번 연구는 새로운 행동의 진화에 반드시 새로운 뉴런이 필요한 것은 아니라는 걸 보여준다”며 “기존 뉴런 간의 연결 변화, 즉 ‘유전자 재배선’이 행동의 다양화를 거쳐 종 분화로 이어질 수 있다”고 밝혔다.
이번 연구는 단순한 과학 발견 이상의 의미를 가질 수 있다. 초파리는 인간과 70%의 유전자를 공유하기 때문에 인간 뇌와 질환 등을 연구하는 데 중요한 실험 동물로 활용된다. 초파리 연구에서 얻은 성과로 지금까지 10명의 과학자가 6차례 노벨상을 받았다. 2024년엔 10년간의 연구 끝에 14만개의 뉴런(신경세포)과 5000만개 이상의 시냅스(연결부)로 구성된 초파리 신경 구조 전체를 담은 뇌 지도(커넥톰)가 완성됐다. 과학자들에 따르면 인간 유전질환 4건 중 3건은 초파리에서도 비슷한 증상을 보인다고 한다.
이번 연구는 유전자에 의해 활성화하지 않은 행동 특성이 우리 몸속에 잠재돼 있을 수 있음을 시사한다. 이는 그 스위치를 켜 새로운 신경망이 연결될 경우, 사회적 학습이나 훈련 없이도 다른 행동이 나타날 수 있다는 걸 뜻한다.
*논문 정보
Cross-species implementation of an innate courtship behavior by manipulation of the sex-determinant gene.
DOI: 10.1126/science.adp5831
곽노필 선임기자 nopil@hani.co.kr
