[로이슈 전여송 기자] 해양 생태계에서 독특한 형태와 생활사로 알려진 기생성 따개비(기생성 갑각류)들의 미토콘드리아 유전체가 기생하지 않는 일반 생물들보다 최소 4배 이상 빠른 속도로 진화하는 이유를 국내 연구진이 세계 최초로 밝혀냈다.

이화여자대학교(총장 이향숙) 에코과학부 박중기 교수(현 명예교수), 화학·나노과학과 차선신 교수, 경북대학교 황의욱 교수 공동연구팀은 전 세계에 서식하는 기생성 따개비와 비기생성 따개비류 총 45종의 미토콘드리아 유전체의 진화 속도를 비교 분석한 결과, 기생생활을 하는 따개비는 대규모 돌연변이 축적과 급격한 유전적 변화를 통해 기생생활에 특화된 에너지 대사 조절 기능을 획득한 것으로 확인됐다고 24일 밝혔다.

이번 연구는 기생생활 때문에 소화나 호흡을 위한 기관들이 모두 퇴화된 채, 자기 자신의 삶을 전적으로 숙주에 의존하며 살아가는 기생생물들의 생태적 전략을 그들의 에너지 생산 기관인 미토콘드리아의 기능을 조절하는 유전자와 이로부터 합성되는 단백질 구조를 진화적 측면에서 세계 최초로 증명했다는 점에서 커다란 학술적 의미가 있다.

연구진은 기생성 따개비가 가지고 있는 미토콘드리아에서는 마치 ‘규칙이 사라진 것처럼’ 종마다 유전자 배열이 크게 다르고, 급속도로 빠른 돌연변이율을 확인했으며, 이렇게 빠른 진화 속도는 세포 대사활동에서 핵심 역할을 하는 미토콘드리아가 기생생활 때문에 극도의 저산소 환경하에서 겪게 되는 생리적, 대사적 제약을 극복하기 위해 초고속으로 빠른 진화전략을 택했음을 시사하는 결과로 과학계의 주목을 받고 있다.

특히 연구진은 선택압 분석 결과, 미토콘드리아 전자전달계를 구성하는 핵심 단백질(Complex III–IV)의 일부 유전자(Cytb, Cox1, Cox3)에서 그들의 기생생활에 유리한 강한 양성 선택(positive selection)이 작동하고 있음을 확인했으며, 단백질의 3차원 구조 예측에서도 이러한 양성 선택에 따른 아미노산 서열의 변화가 전자 전달과 양성자(H+) 이동 경로를 조절하는 기능적 변화로 이어져, 기생생활에 필요한 에너지 대사에 직접적으로 관여하고 있는 것을 확인했다.

본 연구를 주도한 박중기 교수는 “기생생활을 선택한 따개비는 성체가 되면서 호흡계·감각계·배설계·소화기관 등 대부분의 기관이 퇴화되고, 생식이나 영양에 관여하는 극히 일부 기관만이 유지되는 등 형태가 극도로 단순화된 생물”이라며 “이번 연구는 이러한 생활사 변화가 유전체 구조와 몸의 기능을 극단적으로 변형시키는 진화적 선택을 유도했다는 결정적 증거”라며, 이는 “기생생활로부터 대사율 조절, 그리고 유전체 구조 변화라는 자신의 삶을 숙주에 의존하여 삶을 살아가는 기생생물의 생태 특성과 진화적 연결고리를 새롭게 제시한 연구로, 향후 기생생물체의 진화전략을 이해하는 데 중요한 전환점이 될 것”이라고 덧붙였다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구사업의 지원으로, 이화여대 정지범 박사, 화학·나노과학과 김명연 대학원생이 공동 제1저자로 참여했으며 진화생물학 분야 최고 권위의 학술지인 분자생물학 및 진화(Molecular Biology and Evolution: 5년 평균 저널 IF=11.9) 12월호에 게재됐다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr