후각 세포 안 마그네타이트 결정, 주자성 세균서 발달
회귀성 어종 연어 방향감각 뿌리는 수십억년 전 고세균

회귀성 어종인 연어는 너른 바다로 나갔다가 지구의 자기장을 이용해 태어난 곳을 다시 찾아오는데, 이런 방향 감각이 수십억년 전 고대 세균에 뿌리를 두고 있다는 연구 결과가 제시됐다.

미국 오리건주립대학 등에 따르면 지질조사국(USGA) 유전학자 르네 벨링거 박사가 이끄는 국제 연구팀은 연어의 후각 세포 안 '마그네타이트 결정(結晶)'이 자력선 방향으로 운동하는 주자성(走磁性) 세균에서 발달한 것으로, 연어나 새, 나비 등 자기장 이용 동물에게 전달돼 진화해 왔다는 가설을 미국 국립과학원 회보(PNAS)에 발표했다.

감각세포 안 마그네타이트 결정은 자성을 가진 산화철의 일종으로 지구의 자기장을 감지할 수 있게 해주는 것으로 알려져 있다.

연구팀은 강자성 공명 스펙트럼 분석과 현미경을 이용해 연어과 민물고기인 무지개송어(Oncorhynchus mykiss)와 대서양연어(Salmo salar)의 후각 상피 내 마그네타이트 결정 구조를 확인하고, 왕연어(O. tshawytscha)의 자성 및 비자성 세포의 전사체를 비교해 자기(磁氣)수용 유전자 후보를 찾아냈다.

이어 왕연어와 다른 진핵생물 12종의 게놈을 주자성 세균이 광물을 합성하는 생광물화 유전자와 비교해 모든 진핵생물 계통에 걸쳐있는 11개의 상동 유전자를 찾아냈다.

이 중 9개는 진핵생물과 공통의 조상을 가진 고세균 '로키아에오타'(Lokiarchaeota) 게놈에도 존재하는 것으로 나타났다.

이런 결과는 현존 진핵생물과 일부 고세균의 공통 조상이 마그네타이트를 가졌다는 점을 나타내는 것이라고 연구팀은 밝혔다.

논문 공동 저자인 오리건주립대 어류 게놈학 교수 마이클 뱅크스는 약 20억년 전 박테리아를 통해 자성 메커니즘이 개발돼 다른 동물에게 전달됐다면서 미토콘드리아가 박테리아에서 시작돼 다른 생물에게 전달된 것과 비슷한 진화 과정을 거쳤을 수 있다고 했다.

논문 제1 저자인 벨링거 박사는 이번 연구와 관련, "마그네타이트가 동물의 자기 감각에 핵심이 된다는 점을 명확하게 입증하지는 못했지만 자기 감각 작동에 관한 새로운 증거를 발견할 수 있는 중요한 수단으로서 관련 유전자를 밝혀내는 성과를 얻었다"고 설명했다.

그러면서 "자기 수용체를 찾아내는 것은 건초더미에서 바늘을 찾는 것과 같지만 이번 연구 결과는 그 바늘이 빛나게 만드는 길을 닦음으로써 수용체 세포를 더 쉽게 찾아내고 이해할 수 있게 됐다"고 덧붙였다.

뱅크스 교수는 이번 연구를 통해 연어와 같은 자기장 이용 동물의 방향 감각을 이해할 수 있게 되면 종의 보호에서부터 자기장을 이용한 표적 치료에 이르기까지 다양한 분야에서 이용될 수 있는 잠재력이 있다고 밝혔다.

/연합뉴스