무악척추동물의 진화 미스터리: 고대 생물 램프레이 연구로 푸는 퍼즐

Seoul먹장어는 턱이 없는 두 척추동물 중 하나입니다. 이들은 중서부 지역 어업에 문제를 일으키고 있지만 동시에 척추동물 진화를 이해하는 데에도 도움을 주고 있습니다. 노스웨스턴 대학교 연구진은 먹장어와 턱이 있는 물속 개구리인 제노푸스를 비교하여 두 가지 중요한 줄기세포인 다능성 배주기 세포 및 신경 능선 세포에 관한 중요한 정보를 발견했습니다.

다음은 연구의 주요 내용입니다:

램프리와 개구리의 유전자들은 유사한 다능성 네트워크를 가지고 있습니다. 그러나 램프리는 신경 능선 세포에서 pou5 유전자를 발현하지 않습니다. 이 유전자는 턱과 머리 구조 형성에 중요한 역할을 하며, 이는 턱 있는 척추동물에서 특히 중요합니다.

만능 줄기세포는 신체의 어떤 세포 유형으로든 분화할 수 있습니다. 포배와 신경 능선 세포 모두 이러한 능력을 가지고 있습니다. 새로운 연구에 따르면 개구리의 신경 능선 세포는 pou5 발현을 보이는 반면, 칠성장어는 그렇지 않다고 합니다. 이 차이는 칠성장어가 턱이 없는 이유를 설명할 수 있습니다. 연구 결과는 Nature Ecology & Evolution에 게재되었습니다.

멸치류에 대한 연구는 인간을 포함한 척추동물의 기원과 발달을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. Northwestern 대학의 발달 생물학 전문가인 Carole LaBonne 교수는 연구를 이끌며, 진화를 이해하기 위해서는 먹장어와 멸치류 같은 가장 원시적인 척추동물을 연구해야 한다고 말했습니다.

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신경 능선 세포는 유연성이 있어 신경 세포나 근육 세포와 같은 다양한 세포로 변할 수 있습니다. 턱이 있는 척추동물에서는 배포 세포가 초기 단계에서 여러 세포 유형으로 변할 수 있는 능력을 잃지만, 신경 능선 세포는 이 능력을 더 오랫동안 유지합니다. 연구자들은 먹장어의 배포 세포가 전능성을 위한 완전한 네트워크를 여전히 가지고 있음을 발견했는데, 이는 턱이 있는 척추동물과 턱이 없는 척추동물이 이러한 줄기세포 유형을 함께 진화시켰을 가능성을 시사합니다.

조슈아 요크 박사후 연구원인 제1 저자는, 대부분 등뼈동물과 개구리의 유전자들이 비슷하지만 등뼈동물에서는 pou5 유전자가 신경능선 세포에서 발현되지 않는다고 언급했습니다. 이는 이 유전자가 시간이 지나면서 사라졌거나, 후에 턱 있는 척추동물에서 발달하지 않았다는 것을 의미할 수 있습니다. 5억 년의 진화 기간 동안에도 다능성 촉진을 위한 유전자 발현 수준에는 엄격한 제한이 존재합니다.

램프리와 개구리는 수백만 년 동안 서로 다른 진화 과정을 겪어왔지만 여전히 유사한 생물학적 조절을 사용하고 있습니다. 연구원들은 이러한 유사성이 존재하는 이유에 대해 궁금해했습니다. 이 프로젝트는 국립보건원과 국립과학재단 등 여러 기관의 지원을 받았으며, 조셉 월더 박사에게 헌정되었습니다.

람프리를 연구하는 것은 과학자들이 척추동물의 진화를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 턱이 있는 동물과 람프리를 비교함으로써 연구자들은 인간을 포함한 현대 동물의 중요한 특징들이 어떻게 발달했는지 파악하고자 합니다. 이 연구는 오래된 생물학적 미스터리를 해결하기 위한 첫걸음입니다.