장님 동굴물고기의 산소기반 적응 공학

미디어위원회
2022-03-29

장님 동굴물고기의 산소기반 적응 공학

(Oxygen-Based Adaptive Engineering in Blind Cavefish)

by Jeffrey P. Tomkins, PH.D.


    다양한 종류의 물고기, 양서류, 절지동물들이 동굴 환경에서 성공적으로 살아가고 있다. 이 생물들은 동굴에 적응하면서, 빛이 부족하고 자원이 부족한 환경에서 번성할 수 있도록 해주는, 형태학적, 생리학적, 행동학적 특성의 복잡한 시스템을 보여주고 있었다. 이 생물들 중 가장 연구가 잘 된 것은 멕시코 테트라 장님 동굴물고기(Mexican tetra blind cavefish)이다. 이 물고기는 이제 놀랍고 기발한 적응 공학을 통해, 산소가 부족한 동굴 물속에서도 잘 살아갈 수 있었다.[1]

테트라 장님 동굴물고기는 멕시코에서 적어도 30개의 다른 지하동굴들과 남부 텍사스의 한 동굴에서 발견되고 있다.[2, 3] 이 동굴물고기는 지하동굴 위의 개울이나 호수에 살고 있는, 눈으로 볼 수 있는 지표면 종과 유전적으로 거의 동일하다. 따라서 과학자들은 지표면 물고기와 장님 동굴물고기 변종(variants, morphs라 불림)은 서로 동일한 종(Astyanax mexicanus)이라고 말하고 있다.

그 동굴물고기 변종은 신체 발달의 완전한 리모델링을 보여준다. 여기에는 눈 발달 결여, 화학적 및 기계적 센서의 복잡한 강화, 생체주기의 변경, 변형된 신경, 변형된 내분비 회로, 신진대사와 칼로리 연소 속도의 대사적 변화, 특수한 후성유전학적 변화 등이 포함된다. 이러한 증진된 적응력은 그 물고기가 어둡고 자원이 부족한 환경에서 살도록 돕고 있었지만, 그들이 동굴 물에서 흔히 볼 수 있는 산소 고갈을 어떻게 다루는지에 대해서는 거의 알려지지 않고 있었다.

이 새로운 연구에서, 연구자들은 동굴물고기의 혈액에 대한 상세한 분석을 수행했고, 그것을 지표면 물고기와 비교했다. 그들은 동굴물고기 집단이 그들의 혈액에서 헤모글로빈(hemoglobin)의 더 높은 농도를 보인다는(적혈구 크기의 증가와 상관관계가 있는) 것을 발견했다. 동굴물고기와 지표면물고기 모두 혈액 단위당 적혈구 수는 비슷했지만, 동굴물고기에서 상승한 헤모글로빈은 적혈구의 과잉 생산 때문이 아니라, 적혈구 크기가 증가했기 때문이었다. 그래서 더 많은 헤모글로빈을 내포할 수 있었다.

간단히 말해서, 동굴물고기에 내장된 적응 프로그램은 적혈구에 더 많은 헤모글로빈이 함유되도록, 그래서 더 많은 산소를 수확하고 운반할 수 있도록, 초대형으로 만드는 것이었다. 이 반응은 사용 가능한 산소를 감지하고 추적하는 물고기에 들어있는 센서들에 기초하고 있는데, 저산소 농도에 대한 정보를 내장되어 있는 판단 시스템으로 전달하여, 혈액세포의 크기를 조절하여, 헤모글로빈의 증가를 가져오고 있었다. 

이 새로운 연구는 장님 동굴물고기(Astyanax cavefish)의 부가적 적응 시스템(adaptive system)을 명확하게 밝혀내고 있었으며, 세포 구축과 생화학 사이의 복잡하게 조절된 변화가 생물체가 극한 환경에서도 살아갈 수 있게 해주는 원인이라는 것을 보여주고 있었다. 이러한 내장된 적응 시스템은 어떻게 생겨났는가? 무작위적 복제 오류인 돌연변이와 자연선택은 이 놀라운 동굴물고기의 적응 공학을 설명하지 못한다. 이 적응 공학은 이제 막 밝혀지기 시작하고 있다. 모든 영광은 우리의 놀라운 창조주이신 예수 그리스도께로 돌아가고 있다. 그분의 초월적 지혜와 능력이 이러한 시스템을 만들었다.


References
1. Boggs, T.E., J.S. Friedman, J.B. Gross. 2022. Alterations To Cavefish Red Blood Cells Provide Evidence Of Adaptation To Reduced Subterranean Oxygen. Scientific Reports. DOI: 10.1038/s41598-022-07619-0.
2. Maldonado, E., et al. 2020. Subterranean Life: Behavior, Metabolic, And Some Other Adaptations Of Astyanax Cavefish. Journal Experimental Zoology B. 334 (7-8): 463-473.
3. McGaugh, S.E., et. al. 2020. Evidence For Rapid Phenotypic and Behavioural Shifts In A Recently Established Cavefish Population. Biological Journal of the Linnean Society. 129 (1): 143-161.

*Dr. Tomkins is Director of Research at the Institute for Creation Research and earned his doctorate in genetics from Clemson University.


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출처 : ICR, 2022. 3. 21.

주소 : https://www.icr.org/article/adaptive-engineering-blind-cavefish/

번역 : 미디어위원회



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