꼬리에 눈 달린 올챙이가 색상을 구별한다고?

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2013-03-07

누군가 “뒤를 봐” 하면, 마이클 레빈(Michael Levin) 연구실에 있는 올챙이는 아마 준비가 되어 있을 것이다. 이 올챙이는 꼬리에서 자란 눈으로 볼 수 있기 때문이다. 눈을 올챙이 머리에 부착해 직접 연결되어 있지 않아도 말이다. 터프츠대(Tufts University) 레빈과 더글라스 블랙이스톤(Douglas Blackiston)이 2월 27일자 실험 생물학 잡지 온라인 판에 이 연구를 발표하였다. 레빈과 블랙이스톤이 발견한 것은 과학자들이 인간을 포함해 어떻게 뇌와 신체가 소통하는지 더 잘 이해하도록 돕고 상실한 신체 일부를 대체하는 재생 의료 및 보철 장치를 설계하는데 중요할 것이라고 노스이스턴대 (Northeastern University) 신경과학자인 군터 주팽(Gunther Zupanc)이 말했다. 수 십 년간 연구진은 개구리의 눈을 다른 기관에 이식해왔지만, 아직까지 “엑토픽 (ectopic)” 눈이라고 일컫는 정상적으로 위치하지 않은 눈이 제대로 기능하는 것을 보여주지 못했었다. 터프츠 연구진은 엑토픽 눈이 올챙이 꼬리에 있어도 푸른 빛과 붉은 빛을 구분할 수 있다는 것을 발견했다. 뇌가 단지 머리에 있는 눈을 통해서만 시각 정보를 얻을 수 있는 고정된 기관인지, 아니면 신체 어느 곳에서도 전달되는 정보를 사용할 수 있는지 레빈은 궁금했다. 그와 블랙이스톤은 아프리카 발톱 개구리 (Xenopus laevis) 올챙이에서 정상적인 눈을 제거하고 눈으로 자랄 것으로 예상하는 세포를 꼬리에 이식했다. 이 실험은 뇌가 얼마나 잘 적응할 수 있는지를 평가하는 것이다. “올챙이의 뇌가 꼬리에 있는 눈을 예상하지는 못할 것”이라고 레빈은 말한다. 예상 여부에 관계없이 올챙이 중 몇 마리는 꼬리에 달린 눈으로 붉은 빛과 푸른 빛을 감지했다. 연구진은 이식한 눈을 가진 올챙이를 작은 실험용 공간에 놓고 한 쪽에는 푸른 빛을 다른 쪽에는 붉은 빛을 비추었다. 올챙이가 실험용 접시 한 쪽에 있을 때 가벼운 전기 충격으로 빛의 색상과 충격을 연결하는 방법을 배울 수 있도록 하였다. 한편 연구진은 올챙이가 가만히 있는 것이 살 수 있음을 배우지 않도록 주기적으로 색상을 바꾸어 주었다. 꼬리 눈에서 비롯한 신경이 척추와 연결되어 자란 올챙이는 빛의 색상과 전기 충격의 관계를 배울 수 있었으며 전기 충격을 동반한 빛으로부터 멀리 헤엄쳤다. 꼬리에 위치한 눈과 달리 위장이나 다른 신체 일부 기관과 연결되어 있는 눈을 가지고 있는 올챙이는 빛의 색상과 전기 충격 간의 관계를 배우지 못했고, 눈이 없는 올챙이도 마찬가지였다. 이러한 결과는 눈에서 비롯한 시각 정보가 척수를 타고 이를 처리하는 뇌로 전달되는 것을 시사한다고 레빈은 말한다. 이것은 놀라운 결과였다고 주팽은 말한다. 왜냐하면 이전 연구는 눈은 직접 뇌와 연결되어 시각 정보를 전달해야 한다고 제안해왔기 때문이다. 어떻게든 뇌는 척수를 통해 전달되는 다른 데이터에서 색상 메시지를 구별할 수 있다. 그러한 메시지 모두 실험과 똑같아 보이는 전기적 신호로 도착하지만 뇌는 그 차이를 알 수 있을 것이라고 레빈과 블랙이스톤은 제안한다. 인공 눈(artificial eyes)을 설계하거나 뇌가 시각 정보를 정확하게 처리하지 못하는 일종의 실명을 수정하기 위해서 뇌가 어떻게 다른 종류의 데이터에서 비롯한 시각 정보를 분류하는지를 이해하는 것이 중요할 것이다. 그림. 비록 머리에 눈은 없지만 꼬리에 이식된 눈에서 비롯한 신경이 척추로 연결된 경우 볼 수 있는 올챙이 SEEING_WITHOUT_EYES.jpg http://www.sciencenews.org/view/generic/id/348633/description/Tadpoles_with_eyes_in_their_tails_see_the_light