[사이언스 데일리] 새의 발에서 볼 수 있는 독특한 적응은 사람의 엄지손가락처럼 다른 발가락들과 마주 보고 있는 엄지발가락으로 새들은 이것을 이용해 물건을 집거나 횃대에 올라앉을 수 있다. 하지만 새들의 조상인 공룡의 엄지발가락은 작고 다른 발가락들과 마주 보고 있지 않으며 개나 고양이의 며느리발톱과 비슷하게 바닥에 닿지도 않는다. 재미있게도 새의 배아가 발달하는 과정이 이 진화의 역사를 재현하고 있다. 새의 발가락은 발생 초기에 공룡의 발가락과 같은 형태를 하고 있다가 나중에 기저부 (중족골) 가 틀어져서 발가락이 마주 보는 형태를 갖추게 된다.

(2015년 5 월 22일 사이언스 데일리 기사 번역)

정보출처: 칠레 대학

횃대에 올라앉을 수 있는 닭의 발가락에서 공룡의 발가락으로. Credit: Image courtesy of Universidad de Chile

새의 발에서 볼 수 있는 독특한 적응은 사람의 엄지손가락처럼 다른 발가락들과 마주 보고 있는 엄지발가락으로 새들은 이것을 이용해 물건을 집거나 횃대에 올라앉을 수 있다. 하지만 새들의 조상인 공룡의 엄지발가락은 작고 다른 발가락들과 마주 보고 있지 않으며 개나 고양이의 며느리발톱과 비슷하게 바닥에 닿지도 않는다. 재미있게도 새의 배아가 발달하는 과정이 이 진화의 역사를 재현하고 있다. 새의 발가락은 발생 초기에 공룡의 발가락과 같은 형태를 하고 있다가 나중에 기저부 (중족골) 가 틀어져서 발가락이 마주 보는 형태를 갖추게 된다. 브라질 출신의 연구자로 칠레 대학의 알렉산더 바르가스 연구실에 소속된 조아우 보텔류는 그 밑에 깔려 있는 기작을 연구하기로 결정했다. 보텔류는 중족골이 틀어지는 과정이 배아의 발가락에 근육이 제자리를 갖추고 얼마 있지 않아 일어나는 것을 관찰했다.

“유전적 변화가 형태적인 결과로 나타나는 과정이 얼마나 간접적인지를 보여주는 분명한 예입니다.” 예일 대학의 진화유전학자인 건터 와그너 교수의 말이다.

새의 배아는 알 내부에서 발생하는 동안 많이 움직이는데, 발가락의 움직임은 기저부가 틀어지는 것과 동시에 시작된다. 보텔류는 또 엄지발가락 연골부분의 성숙에 관여하는 유전자들이 다른 발가락에서보다 훨씬 나중에 발현된다는 것을 보였다. 빠르게 분열이 일어나는 줄기세포 다수를 훨씬 오랫동안 유지하고 있다. 이렇게 미성숙한 연골은 근육의 활동에 의해 쉽게 변형될 수 있다.

이런 관찰결과를 보면 새의 발가락은 배아의 근육에 의해 발가락에 가해지는 역학적인 힘의 결과로 틀어지게 된다는 것을 알 수 있다. 확정적인 증거는 실험에서 얻을 수 있다. 보텔류가 배아 근육을 마비시킬 수 있는 약물인 데카메토늄 브로마이드 (decamethonium bromide) 를 주입하자 그 결과로 조상인 공룡에서 볼 수 있는 것과 동일하게 똑바르고 비틀리지 않은 기저부를 지녔으며 다른 발가락을 마주 보지 않는 엄지발가락을 얻을 수 있었다. 새에게서 공룡의 특징을 다시 보여주는 실험은 (공룡과 비슷한 정강이라든가 이빨 비슷한 구조 등) 그동안 몇 종류 밖에 없었다. 횃대에 올라앉을 수 있는 발가락이 이번에 새로 추가된 것이다. 연구결과는 네이처 출판 그룹의 오픈 액세스 학술지인 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports) 에 출판되었다.

이번 실험의 중요성은 공룡과 비슷한 발가락을 얻었다는 것에 그치지 않는다. 진화 연구는 종종 변이에 집중하곤 하지만 횃대에 앉을 수 있는 발가락의 발생과 진화는 배아 근육 활동이 어떤 힘으로 작용하는지 알지 못하면 이해할 수 없다. 예일 대학의 진화유전학자인 건터 와그너 교수는 이번 연구를 “진정한 발생 역학” 연구라고 부르고 있다. “유전적 변화가 형태적인 결과로 나타나는 과정이 얼마나 간접적인지를 보여주는 가장 분명한 예 중 하나입니다. 이번 실험으로 각 기관계의 상호작용이 유기체 진화의 방향을 조절한다는 것을 증명하고 있습니다.”

참고문헌

Joao Francisco Botelho, Daniel Smith-Paredes, Sergio Soto-Acuna, Jorge Mpodozis, Veronica Palma, Alexander O. Vargas. Skeletal plasticity in response to embryonic muscular activity underlies the development and evolution of the perching digit of birds. Scientific Reports, 2015; 5: 9840 DOI: 10.1038/srep09840

카테고리:번역, 공룡, 사이언스 데일리, 생물학, 현생

태그:발가락, 공룡, 새