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KOREA  ASSOCIATION FOR CREATION RESEARCH

창조설계

후각은 생각보다 훨씬 더 복잡하다.

미디어위원회
2024-02-21

후각은 생각보다 훨씬 더 복잡하다.

(The Sense of Smell Seems Almost Magical)

by Jerry Bergman, PhD


      후각은 생각했던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 새로운 연구 결과가 발표되었다.


    인간의 오감(five senses) 중 가장 소홀히 취급되는 감각이 후각(sense of smell)이다. 그 이유 중 하나는 후각 상실이 보통 사소한 불편만을 가져오기 때문이다. 이와는 대조적으로 시력과 청력을 잃으면, 큰 불편을 겪게 된다. 그렇기 때문에 실명과 난청의 원인을 규명하고, 이를 개선하기 위해 엄청난 수준의 연구가 진행되어 왔다. 시각이나 청각이 상실되면, 사람은 즉시 이를 인지하게 된다. 후각도 마찬가지이다. 음식을 조리할 때와 같이 익숙한 냄새를 접했을 때, 기대했던 후각이 느껴지지 않는 경우에 후각 상실을 즉각적으로 인지하는 경우가 많다.

후각 상실(anosmia)과 미각 상실(ageusia)이 완전히 일어나는 경우는 드물다. 이것이 후각 상실에 덜 집중하는 또 다른 이유이다. 후각과 미각은 종종 함께 작용하는 한 쌍으로 논의된다. 음식과 음료의 냄새를 맡지 못하면, 맛에 큰 영향을 미친다. 이러한 결합된 감각을 통해 커피와 차, 또는 블루베리와 라즈베리의 차이를 구별할 수 있다.

인간이 어떻게 수조 개의 서로 다른 냄새들을 구별할 수 있는지를 이해하기 위한 노력의 일환으로, 한 연구팀은 "포유류 코의 각 감각세포, 또는 뉴런이 커피나 차에서 나오는 것과 같은 특정 냄새 화학물질을 감지하도록 맞춤화되는 과정을 설명할 수 있는" 이전에 발견되지 않았던 RNA를 포함하여 관련된 메커니즘을 발견했다.[1].


"후각의 마법은 코의 각 감각세포를 맞춤화하는 복잡한 발달 메커니즘에서 비롯된다.“


후각과 미각의 생물학

컬럼비아 대학의 연구에 따르면, 후각은 "코의 감각세포 각각에 맞춘 복잡한 발달 메커니즘에서 비롯된다"는 것이다.[2] 공기 중의 분자가 코와 입으로 들어가면, 후각(olfaction)이 활성화된다. 이 분자들은 코 점막에 있는 수용체 세포와 결합한다. 수용체와의 결합은 여러 가지 특성 중에서 어떤 것이 중립적인지, 기분 좋은지, 악취가 나는지를 결정하는 정보를 뇌로 전송하는 결과를 낳는다.

맛보기(gustation)라고 하는 미각(taste sense)도 마찬가지로, 액체에 용해된 분자가 미뢰(taste buds)를 활성화할 때 작동한다. 혀(tongue)에 있는 미뢰에는 용해된 화합물에 반응하는 수용체(receptors)들이 있다. 미각 감각을 확대하기 위해, 인간은 입천장과 목구멍 뒤쪽에도 미각 수용체를 갖고 있다. 이 수용체는 단맛, 짠맛, 신맛, 쓴맛, 짭짤한 맛(감칠맛)을 결정하는 메시지를 뇌로 보낸다. 후각과 미각에서 얻은 메시지가 결합되어, 뇌가 유사한 분자 간의 차이를 효과적으로 판단할 수 있다. 과학자들은 여전히 뇌가 이러한 차이를 어떻게 판단하는지 자세히 이해하려고 노력하고 있다.

대부분의 해부학 및 생리학 분야의 추세와 마찬가지로, 연구들을 통해 냄새를 맡는 후각계가 이전에 믿었던 것보다 훨씬 더 복잡하다는 사실을 깨닫게 되었다. 따라서 후각이 무작위적인 과정을 통해 진화했을 가능성은 더욱 낮아졌다.


컬럼비아 대학의 연구 결과

연구자들은 우리 코에는 약 1조 개의 다른 냄새들을 감지하도록, 독특하게 설계된 수용체(receptors)들에 연결된 감각 뉴런들이 존재한다는 사실을 발견했다.[3] 한 가지 예로, 일부 수용체는 바닐라 향의 주요 냄새 물질인 에틸 바닐린(ethyl vanillin)을 감지할 수 있고, 다른 세포는 레몬의 대표적 냄새 물질인 리모넨(limonene)을 감지할 수 있다.[4] 특히 바닐라와 리모넨을 감지하는 능력이 어떻게, 그리고 왜 학습되었는지는 설명되지 않고 있기 때문에, 푸어모라디(Pourmorady) 등의 연구자들은 이 과정을 설명하려고 시도했다. 한때는 바닐린이나 레몬파이를 처음 맛보았을 때, 맛본 사람이 그 맛에 반응할 수 있다고 생각했다. 푸어모라디 연구팀은 이러한 견해에 이의를 제기했다.

그들의 새로운 연구에 따르면, 특정 맛을 감지하는 것은 매우 복잡하며,

후각 수용체를 생성하는 각 유전자의 능력을 높이거나 낮추는 다양한 유전자 조절 분자를 필요로 하는 현기증나는 분자적 특성들을 포함한다.... 유전체 내의 다양한 협력을 통해 이러한 분자적 장치들은 특정 [후각] 유전자를 켜거나 끄는 데 도움을 준다[5].

진화론자들은 후각의 진화를 설명하려고 시도하지만, 그들은 후각을 기적으로 묘사하고 있다. 다음과 같은 설명은 아무것도 설명하지 못한다 :

포유류의 코는 진화의 예술 작품이다. 수백만 개의 신경 세포들은 각각 유전체에 암호화되어 있는 수천 개의 특정 후각 수용체 중 하나에 맞춰져 있으며, 총체적으로 1조 개의 다른 냄새들을 구별할 수 있다. 이러한 후각은 음식 상태를 평가하는 것에서부터, 친구와 적을 구별하는 것, 기억을 떠올리게 하는 것까지 다양한 행동에 영향을 미친다."[6].


추정되고 있는 RNA의 역할

후각 분야의 선도적 연구자들은 자신들의 이론이 잠정적임을 인정하고 있었다. 이 결론에 대한 증거들은 “아마도", "어쩌면"과 같은 단어들을 아래에 인용된 짧은 단락에서 5번, 대부분 도표로 구성된 전체 논문에서 15번이나 사용하고 있었다.

우리는 RNA 매개 균형파괴 과정(RNA-mediated symmetry-breaking process)을 선호하지만, 데이터에 대한 다른 설명도 무시할 수 없다. P2 DNA 및 GI hub assembly의 전사인자 결합을 촉진할 수 있는, OR locus의 전사 활성화 염색질 리모델링도 또한  tTA 유도 시 편향된 P2 선택에 기여할 수 있다. 마찬가지로, tTA는 P2 promoter의 내인성 전사인자와 시너지 효과를 일으켜, P2 locus에 대한 GI hub assembly을 촉진할 수 있다. 그러나 두 시나리오 모두에서 경쟁하는 OR-GI hub 상호작용은 P2 RNA 수준이 임계값에 도달할 때에만 사라지며, 이는 대칭성 파괴에서 OR mRNA의 직접적인 역할을 지지한다. 또한 우리는 다유전체 상태(INP, iOSN)에서의 tTA-유도 P2 전사가 경쟁하는 내인성 ORs의 전사보다 더 강력하여, 이것은 P2 선택에 인위적 편향을 일으킬 수 있음을 인정한다. 그러나 mOSN에서 tTA-촉발 P2 전사는 이미 선택된 OR의 전사만큼 높지는 않지만, OR 선택 장치를 강탈하기도 한다. 따라서, tTA 유도가 P2에 부여하는 전사적 이점은 다른 내인성 OR이 MOE의 배복측 축을 따라 갖는 이점을 모방하여, 편향된 위치적 정보 방식으로 대칭을 깨뜨릴 가능성이 높다.[7]

Nature 지의 논문은 약 1조 개의 다른 냄새들을 감지하는 능력이 어떻게 생겨났는지 정확히 추측하지 않았다. 컬럼비아 대학의 한 게시물은 "코의 감각세포가 수용체를 선택하는 방법은 후각에 대한 가장 성가신 미스터리 중 하나였다."[8] 그리고 Nature 지에 게재된 푸어모라디 등의 연구 결과는 이를 더욱 성가시게 만든다. 연구자들은 특정 수용체가 만들어지는 과정을 추측하고 있었다 :

그 과정은 세포의 염색체와 유전자가 있는 곳인, 각 후각 뉴런(olfactory neuron)의 세포핵 내의 아주 작은 범위 내에서 전적으로 전개된다.... 승자독식 경쟁에서 발달 중인 세포의 무수히 많은 후각 수용체 유전자들은 서로 경쟁하며, 단계적으로 소수의 최종 후보와 단 한 명의 승자를 가리는 과정을 거친다. 우세한 유전자는 세포의 후각 민감도를 결정하는 유전자이다. 롬바르다스(Lomvardas) 박사와 그의 팀은 이번 연구에서, 최종 후보 유전자들 중에서 우승자가 나오는 이 과정의 마지막 단계에 대한 세부 사항을 밝혀냈다. "기본적으로 1000명의 경쟁자들 간의 싸움이다."[9]

그들의 연구팀에 따르면, 1조(a trillion) 개의 서로 다른 냄새들이 주어지고, 1,000대 1의 경쟁이 벌어지면, 1천 조 개의 단계가 발생한다는 것 아닌가?


논의

포유류의 후각에는 많은 조건들이 영향을 미친다. 사람마다 후각 능력에 큰 차이가 있다는 것은 잘 알려져 있다. 여기에는 어렸을 때와 비교하여 후각이 부분적으로 상실되는 후각감퇴(hyposmia)과 후각이 완전히 상실되거나 없는 무후각증(anosmia)이 포함된다. 사람의 경우 50세 이후에는 코 점막이 얇아지고, 건조해지며, 신경이 덜 효율적으로 기능하기 때문에, 냄새를 맡는 능력이 약해지는 경우가 많다.

반대로 미각을 잃는 경우는 드물다. 대부분의 경우 후각 상실로 인해 음식의 맛을 잃고, 밋밋해지는 것이 원인이다. 매우 드물지만 미각을 완전히 상실하는 것을 무미각증(ageusia, 미각상실)이라고 한다. 미각 능력이 저하되는 저미각증(hypogeusia)은 노령화나 COVID-19와 같은 특정 질병으로 인해 발생한다. 그 결과 쓴맛이 나지 않던 음식이 쓴맛으로 느껴지고, 단맛과 짠맛을 구분하는 데 어려움을 겪을 수 있다. 이러한 요인들에 대한 탐구는 후각의 해부학과 생리학을 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있다.


결론

푸어모라디의 연구는 세포의 RNA에 기인하여 후각이 발달한다는 증거를 제시했다. 이 RNA는 "한 후각 수용체 유전자의 발현을 강화하는 동시에, 다른 모든 유전자를 차단하는 방식으로 유전체의 구조를 변경"한다. 그러나 "이 유전체 제어 이야기에는 커다란 간격이 남아있다."[10] 또 다른 문제는 한 사람이 비슷한 냄새를 맡아본 적이 없다면, 다른 사람에게 새로운 냄새를 설명할 수 없다는 것이다. 이 문제는 시각장애를 가진 사람에게 색깔을 설명하는 것과 비슷하다. 게다가 1조 개가 넘는 것으로 추정되는 다양한 냄새들을 설명할 수 있는 단어가 충분하지 않으며, 지금까지 알려진 바로는 1조 개가 넘는 현존하는 냄새의 대부분을 맡아본 사람은 아무도 없다. 한 사람이 이렇게 많은 냄새를 맡고, 묘사하고, 기억할 수는 없다. 2010년에 발표됐던 논문의 다음과 같은 결론은 여전히 정확하다 :

청각, 시각, 미각, 촉각 등 인간의 감각 과정은 잘 이해되고 있지만, 후각은 이해하기 어려운 감각이다. 즉, 다른 감각의 경우 어떤 자극이 어떤 반응을 일으키는지, 왜 그리고 어떻게 반응하는지 알고 있다. 그러나 이러한 근본적인 질문은 후각계의 영역에서는 답을 찾지 못하고 있으며, 우리는 냄새를 맡는 분자가 무엇인지 알지 못한다[11].


References

[1] Columbia University. “A trillion scents, one nose.” Science Daily; https://www.sciencedaily.com/releases/2023/12/231221012741.htm, 21 December 2023.

[2] Columbia: Zuckerman Institute. “A Trillion Scents. One Nose;” https://zuckermaninstitute.columbia.edu/trillion-scents-one-nose, 20 December 2023.

[3] Pourmorady, Areal D., and 14 other authors. “RNA-mediated symmetry breaking enables singular olfactory receptor choice.” Nature 625:181-188, p. 188, 4 January 2024.

[4] Columbia: Zuckerman Institute, 2023.

[5] Columbia: Zuckerman Institute, 2023.

[6] Columbia: Zuckerman Institute, 2023.

[7] Pourmorady, et al., 2024, p. 188. Emphases added.

[8] Columbia: Zuckerman Institute, 2023.

[9] Pourmorady, et al., 2024.

[10] Columbia University, 2023.

[11] Brookes, Jennifer. “Science is perception: What can our sense of smell tell us about ourselves and the world around us?” Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. 368(1924): 3491–3502. doi: 10.1098/rsta.2010.0117, 13 August 2010.


*참조 : 창조의 달콤한 향기 : 1조 개의 냄새를 맡을 수 있는 사람의 코

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출처 : CEH, 2024. 1. 16.

주소 : https://crev.info/2024/01/smell-magical/

번역 : 미디어위원회



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