결국 곰벌레의 경이로운 내성은 무엇 때문에 그렇게 진화했을까?

결국 곰벌레의 경이로운 내성은 무엇 때문에 진화했을까?

곰벌레는 절대 영도에서 동결되거나, 인간의 치사량의 500배나 되는 방사선에 노출돼도, 공기가 없는 우주 공간에 열흘 동안 방치돼도 살아남을 수 있습니다.

지구의 모든 생명체는 자신이 살아가는 생활환경에 적응하도록 진화해 왔지만, 곰벌레가 지닌 경이로운 내성 능력은 지구환경과 비교하면 오버 스펙이라고 말할 수 있을 것입니다.

도대체 왜 곰벌레들은 지구에서는 생각할 수 없는 극한 환경에 적응하도록 진화했을까요?

이번 글에서는 곰벌레의 놀라운 능력을 어떻게 발견했으며 내성의 비밀을 밝혀내고자 했던 250년에 걸친 인류 연구사에 대해 정리해서 알아보도록 하겠습니다.

요약

• 현대의 곰벌레 연구는 핵전쟁의 공포 속에서 시작되었다
• 물이 없는 환경에서도 살아남다
• 곰벌레 유전자를 인간 세포로의 도입이 시작되고 있다

현대의 곰벌레 연구는
핵전쟁의 공포 속에서 시작되었다

현대의 곰벌레 연구는 핵전쟁의 공포 속에서 시작되었다

처음에는 지금으로부터 60여 년 전에 프랑스에서 행해진 연구였습니다.

냉전 중인 인류는 항상 전시에는 핵전쟁의 위협을 받고 있으며 방사선이 생명에 미치는 영향을 알아보기 위해 다양한 생물에 대해 방사선을 조사하는 내구시험이 시행되었습니다.

1963년 생물조사의 여정에는 이끼 속에 서식하고 있던 곰벌레들에게도 자그마치 인간 치사량의 500배에 해당하는 방사선을 피폭당하게 되었습니다.

그런데도 불구하고 놀랍게도 곰벌레는 방사선을 견디며 살아남은 것으로 밝혀지게 됩니다.

그 후, 다양한 방사선(자외선·감마선에 더해 철 원자 빔)을 이용한 테스트가 진행되었지만, 곰벌레는 모든 방사선 환경에서도 살아남을 수 있는 것으로 나타났습니다.

또 동결 내성을 조사하는 시험에서 곰벌레는 절대 0도(-273도씨)에서의 동결상태에서도 견딜 수 있는 것으로 나타났습니다.

더욱이 우주를 무대로 한 연구에서는 우주선 밖으로 곰벌레를 실어 나르며 진공 중에서도 열흘간 노출하는 시험이 진행됐지만 회수된 곰벌레는 문제없이 생존해 있는 것으로 밝혀졌습니다.

당시의 연구자들은 이러한 놀라운 곰벌레의 내구 성능이 '자연스러운 진화로 인해 획득된 능력이라고는 생각되지 않는다'라고 말합니다.

모든 지구 생명은 자신이 사는 환경에 적응하기 위해 진화를 거듭해 왔습니다.

그러나 곰벌레와 같은 높은 방사선 내성과 절대 영도에서의 동결 내성, 공기가 없는 우주에서의 생존 능력은 지구에 사는 한 필요하지 않은 능력입니다.

도대체 곰벌레는 어떤 경위로 이러한 오버 스펙 능력을 획득한 것일까요?

물이 없는 환경에서도 살아남다

건조한상태의 곰벌레는 몸을 둥글게 말아버린다

왜 곰벌레는 지구에서 살기에는 오버 스펙 능력의 내성을 가지고 있을까?

이 의문을 푸는 열쇠는 의외로 옛 문헌에 기록되어 있었습니다.

1775년경에 한 이탈리아 과학자는 곰벌레를 한 방울의 물속에 넣고 물이 증발시켜 가면서 곰벌레에게 어떤 변화가 일어나는지를 관찰하고 있었습니다.

(※ 최초 곰벌레는 1773년 현미경을 좋아하는 독일 목사에 의해 발견되었습니다)

그렇게 건조가 진행되자 곰벌레는 공처럼 둥글게 몸을 말아서 움직이지 않게 되었습니다.

건조한 곰벌레는 97%의 수분을 잃고 힘을 가해 보니 바싹 마른 잎처럼 산산조각이 나고 말았습니다.

하지만 그대로 다시 물을 가해주면 건조했던 곰벌레는 금방 원래대로 회복해 돌아가며 30분 후에는 물속에서 건강하게 걸어 다니는 모습이 확인되었습니다.

(※ 물론 힘을 가해서 으깨어진 곰벌레는 죽었다)

또한 이후의 연구에서 건조 중의 곰벌레를 자세히 조사한 결과, 건조하고 둥글게 되어 있는 곰벌레는 호흡이 멈추어 있었으며 산소의 소비도 행해지고 있지 않은 것으로 판명되었습니다.

곰벌레는 생명 활동을 정지한 완벽한 가사 상태가 됨으로써 건조상태를 견디고 있었던 것입니다.

곰벌레가 건조상태의 내성을 진화시킨 이유는 분명했습니다.

곰벌레는 주로 이끼나 지의류의 표면 등 습한 환경 속에서 단세포 식물을 먹으면서 생활하고 있습니다.

그러나 이끼나 지의류가 표면에 유지하고 있는 수분량은 극히 불안정하여 종종 건조로 인해 표면의 수분이 완전히 손실될 수 있습니다.

그래서 도망칠 수 없는 곰벌레는 장기간에 걸친 건조상태에서 살아남는 법을 진화시킨 것입니다.

이와 같은 건조 내성은 약간의 수분으로도 곳곳에 살 수 있는 웜 벌레와 선충 등 다른 생물에게서도 확인되고 있습니다.

그들은 지구 상의 모든 습한 곳에 살고 있으며 빙하 표면
( 약간의 물)과 같은 곳에서조차 생활할 수 있습니다.

그리고 또한 그들에 대한 연구가 진행되면서 흥미로운 사실도 밝혀졌습니다.

웜 벌레나 선충 등의 건조 내성이 있는 생물은 곰벌레와 마찬가지로 강한 방사선과 동결상태를 견디는 능력이 있었던 것입니다.

이 기묘한 일치는 건조에 대한 내성이 방사선 내성이나 동결 내성과 연동되어 있을 가능성을 나타냅니다.

아무래도 생물의 세포에 있어서 '건조'란 단순히 수분이 없어지는 것 이상의 그 무언가가 있는 것 같습니다.

세포가 건조할 때 도대체 어떤 변화가 일어나는 것일까요?

곰벌레 유전자를 인간 세포로의
도입이 시작되고 있다

곰벌레 유전자를 인간 세포로의 도입이 시작되고 있다

세포가 건조하면 무슨 일이 일어나는 것일까?

20세기 후반이 되면서 건조한 세포에 일어나는 대미지에 대한 자세한 내용이 밝혀지기 시작했습니다.

건조한 세포에서는 단순히 표면에 주름이나 균열을 일으키는 것뿐만 아니라 세포 내의 단백질이 변질을 일으키며 그 기능이 정지되어 버립니다.

또한 건조가 진행되면 세포 내에 남은 물은 수소(H)와 수산화물(OH)로 분해돼 라디칼이라 불리는 유독 화학물질을 발생시켜 DNA를 파괴하는 것으로 나타났습니다.

곰벌레가 살아남으려면 어떤 방법으로든지 DNA 손상을 막아야 하는 것입니다.

2016년 일본의 연구자들은 곰벌레가 지구 상의 다른 동물에게서는 보이지 않는 'Dsup(대미지 서프레서)'이라고 불리는 단백질을 생성했으며, 이 'Dsup'에는 DNA에 결합해 유독물질로부터 보호하는 기능이 있을 가능성을 보여줬습니다.

더욱이 곰벌레 유전자에서 'Dsup' 유전자를 잘라내 인간 세포에 추가시켰더니 인간 세포도 방사선이나 유독물질에 대해 높은 내성을 갖도록 변화한 것으로 나타났습니다.

2020년에는 담배에 대입 유전자가 도입되어 담배의 DNA를 손상으로부터 보호하고 성장 속도도 증가시키는 데 성공했습니다.

1773년부터 시작된 곰벌레 연구는 점진적으로 진보했으며 250년에 걸쳐 인간 세포에 응용할 수 있는 영역에까지 도달했습니다.

만약 이대로 이 연구가 순조롭게 진행되어 곰벌레의 경이로운 내성을 인간이나 기타 생물에게도 완벽하게 부여할 수 있게 된다면 지구 생명은 우주 환경에도 적응할 수 있는 새로운 단계에 도달할지도 모르겠습니다.

관련 원문은 아래 링크를 참고하세요.

Extremotolerant tardigrade genome and improved radiotolerance of human cultured cells by tardigrade-unique protein


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