불멸의 해파리 : 바다의 불사조 : 창조 설계-동물 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

창조설계-동물

2024-12-27

불멸의 해파리

: 바다의 불사조

(The immortal jellyfish

The phoenix of the sea)

by Joel Tay

불사조(phoenix, 피닉스, 봉황)는 그리스 신화에 나오는 신화 속의 새이다. 불사조는 죽을 때 스스로 몸을 불태워 죽고, 재 속에서 부활하여, 어린 불사조로 다시 태어난다. 전설적인 불사조와 비슷한 실제 바다생물이 존재한다.

죽지 않는 불사조처럼, 스스로 재생할 수 있는 작은 '불멸의 해파리(immortal jellyfish, Turritopsis dohrnii)‘가 바로 그 생물이다. 해파리는 스트레스를 받거나, 다치거나, 나이가 들었을 때, 성숙한 해파리 형태에서 미성숙한 낭 같은(cyst-like) 형태로 다시 변신할 수 있다(그림 1). 상태가 개선되면, 이 낭 같은 단계(cyst-like stage)에서 다시 어린 폴립 단계(polyp stage)로 빠르게 전환된다. 흥미롭게도 일부 경우에서는 퇴행하는 해파리가 이 낭 같은 단계를 완전히 건너뛰고, 새로운 히드로이드 집락(hydroid colony)의 첫 번째 단계로 직접 변형되기 시작한다.

성체 해파리가 미성숙 단계로 되돌아갈 때마다 생물학적 시계가 '재설정'되어, 그 과정에서 스스로 활력을 되찾는다.

해파리가 더 젊어지는 쪽으로 자란다는 것은 인상적이다. 성체 해파리가 미성숙 단계로 되돌아갈 때마다 생물학적 시계가 '재설정(reset)'되어, 그 과정에서 스스로 활력을 되찾는다.

해파리를 포획하여 사육 상태에서 돌보는 것이 매우 어려운 일이다. 그러나 실험실에서 해파리를 키운 연구자들은 2년 동안 그들의 수명 주기를 10번이나 되돌릴 수 있었다. 이 실험에 참여한 해파리는 결국 물속에 유기물이 너무 많아 질식해 죽었다.[1] 이런 일이 일어나지 않았다면, 해파리는 여러 번 더 스스로를 되돌릴 수 있었을 가능성이 높다.

해파리는 교차분화(transdifferentiation, 세포가 전혀 다른 특성을 가지는 세포로 전환되는 것)라고 알려진 과정을 통해 이 기능을 관리한다. 이것은 세포가 다른 세포 유형으로 변형되는 능력이다. 세포가 새로운 세포 유형이 되기 전에, 먼저 줄기세포와 같은 중성의 중간 유형으로 변형되는 것이 예상될 수 있다. 그러나 불멸의 해파리에서 세포는 중간 단계 없이, 생애 주기의 초기 단계로부터 완전히 다른 세포 유형으로 직접 변형될 수 있다. 해파리 돔의 바깥 표면(해파리 우산의 외층)과 관 시스템(canal system, 물, 먹이, 쓰레기를 운반하는 순환 튜브)의 세포들은 매우 가소성(plastic, 성형력)이 높다. 즉, 이러한 세포는 세포 유형에 따라 쉽게 변할 수 있다.

해파리는 이것을 어떻게 수행하는 것일까?

텔로머라제

해파리의 노화 방지 능력 중 일부는 텔로미어(telomeres)를 복구하는 능력에서 비롯된다. 텔로미어는 염색체 끝에 있는 보호 캡이다. 텔로미어는 신발끈의 끝부분처럼, DNA를 보호하여 손상을 방지하도록 설계되었다. 하지만 세포가 분열할 때마다 텔로미어의 아주 작은 부분을 잃어버리게 된다. 시간이 지남에 따라 이러한 보호 캡의 끝은 더 이상 DNA를 보호할 수 없을 때까지 점점 더 짧아진다. 텔로미어 단축은 생물체의 수명이 한정되어 있는 이유 중 하나이다. 그러나 불멸의 해파리는 텔로머라제(telomerase)를 사용하여 텔로미어를 복구할 수 있다. 텔로머라제는 손상된 텔로미어를 복구하고, 연장하여, 세포가 훨씬 더 많이 분열할 수 있도록 해주는 매우 복잡한 효소이다.

텔로머라제는 수천 개의 구성 요소들이 여러 생물학적 경로를 통해 상호의존적으로 작동하고 있는, 매우 더 복잡한 텔로미어 시스템(telomere system)의 일부이다. 이 시스템은 지적설계의 모든 특징들을 보여준다.[2]

텔로미어는 염색체 끝에 있는 보호 캡이다. 텔로미어는 신발끈의 끝부분처럼, DNA를 보호하여 손상을 방지하도록 설계되었다.

마이크로 RNA 시스템

불멸의 해파리가 스스로 재생하기 위해 제대로 기능해야 하는, 또 다른 생물학적 시스템은 마이크로 RNA(miRNA)와 관련되어 있다. 이것은 유전자 발현을 조절하는 작은 RNA 분자이다. 이 분자는 세포의 발달과 분화에 중요한 역할을 하며, 교차분화의 전체 과정을 지휘한다. 마이크로 RNA는 세포가 언제, 어떻게 변화해야 하는지, 무엇으로 변해야 하는지를 지시한다. 연구에 따르면, 이 생물이 폴립 같은(polyp-like) 형태로 돌아갈 때, 마이크로 RNA가 고도로 발현된다는 사실이 밝혀졌다.

미세하게 조정된 고도의 복잡성

마이크로 RNA의 역할은 불멸의 해파리가 놀라운 변신을 수행하는 데 필요한 생물학적 분자기계들의 많은 톱니바퀴들 중 하나에 불과하다. 회춘을 위해 정확히 올바른 방식으로 모여야 하는 모든 다양한 과정들이 효과적으로 작동될 수 있다는 사실이 놀랍다.

한 연구에 따르면, DNA 복구 메커니즘, 노화 및 손상 반응 등을 제어하는 유전자들은 낭 같은 유사한 단계에서 더 활발하게 활동하는 것으로 나타났다.[3] 마찬가지로 막 수송, 근육 수축 및 신경계에 관여하는 유전자들은 메두사 단계에서 더 활발하게 활동했다. 즉, 생물의 생애 주기에 따라 유전자 발현에 엄청난 차이가 나타난다.

이 모든 생물학적 시스템을 갖추는 것만으로는 충분하지 않다. 이들은 모두 조화를 이루어 각 시스템이 적시에 적절한 방식으로 작동해야 한다. 해파리 유전체에는 이러한 모든 생물학적 과정을 수행하기 위한 지침뿐만 아니라, 메타 정보(meta-information)도 포함되어 있어야 한다. 메타 정보는 오케스트라 지휘자가 서로 다른 악기들을 결합하여 아름다운 합주 소리를 내는 방식과 유사하게, 다른 정보들의 표현, 조직 및 네트워킹을 제어하는 정보이다.

이러한 모든 것들이 지능도 없고, 계획도 없고, 목적도 없는 무작위적 과정들로 우연히 점진적으로 생겨날 수 있었을까? 불멸의 해파리에 등장하는 엄청나게 복잡한 생물학적 설계는 창조주의 손길을 명확하게 보여준다.

Posted on CMI homepage: 25 November 2024

References and notes

1. Kubota, S., Repeating rejuvenation in Turritopsis, an immortal hydrozoan (Cnidaria, Hydrozoa), Biogeography 13:101–103, Sep 2011.

2. Tomkins, J. and Bergman, J., Telomeres: implications for aging and evidence for intelligent design, J. Creation 25(1):86–97, 2011.

3. Matsumoto, Y. and Miglietta, M., Cellular reprogramming and immortality: expression profiling reveals putative genes involved in Turritopsis dohrnii’s life cycle reversal, Genome Biology and Evolution 13(7):evab136, 2021.

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