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[표지로 읽는 과학] 어둠 속에서 색을 구분하다

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[표지로 읽는 과학] 어둠 속에서 색을 구분하다

2019.05.12 09:06
사이언스 제공
사이언스 제공

이번 주 국제학술지 ‘사이언스’는 깊은 바다 밑에 사는 심해어의 눈에 주목했다. 과학자들은 심해어에게서 이전까지 알지 못했던 시각 체계를 발견했다. 일부 심해어들은 빛이 닿지 않는 깊은 바다 밑 칠흑 같은 어둠 속에서 색을 구별하는 능력을 갖추고 있다. 

 

주사나 무실로바 체코 프라하 카렐대 동물학과 교수 연구팀은 심해어가 빛이 거의 없는 어두운 곳에서도 색을 구분하는 시각 체계로 진화했다는 유전자를 분석 결과를 ‘사이언스’에 10일자에 발표했다. 

 

척추동물의 눈은 원추세포와 간상세포라는 두 종류의 광수용체 세포로 구성된다. 대부분 척추동물에서 원추세포는 색을 감지하고, 간상세포는 어두울 때 빛을 감지하는 용도다. 두 세포에는 빛의 특정 파장을 흡수해 뇌가 색을 받아들일 수 있도록 전기화학적 신호로 바꾸는 스위치인 단백질(옵신)이 들어있다. 광수용체 세포에서 발현되는 옵신 DNA의 수와 유형에 따라 동물이 감지하는 색상의 수가 결정된다. 

 

원추세포가 색을 감지하는 이유는 여러 개의 옵신을 갖고 있기 때문이다. 다만 원추세포는 하나의 광자까지 감지하는 간상세포처럼 민감하지는 않다. 척추동물의 99%는 간상세포에서 한 종류의 옵신을 갖고 있다. 척추동물은 어두운 곳에서 두 가지 이상의 색을 보지 못하는 색맹이 된다.

 

하지만 이번에 연구팀은 심해어는 어둠 속에서도 색을 구별함을 밝혀냈다. 연구팀은 수심 2㎞ 이상의 깊은 곳에서 사는 심해어 101종의 게놈을 분석했다. 그 결과 간상세포에서 하나 이상의 옵신 유전자를 갖는 물고기 13마리를 발견했다. 이 중 4마리는 옵신 유전자를 3개 이상 갖고 있었다.

 

‘실버 스피니핀’이라는 심해어는 간상세포 속에 38개의 옵신 유전자를 갖고 있었다. 척추동물의 원추세포에서 지금까지 발견된 옵신 유전자 수보다도 많은 수다. 대조적으로 인간은 4개의 옵신을 사용해 색을 구별한다. 실버 스피니핀의 옵신은 서로 다른 파장에 민감한, 모두 다른 색을 확인할 수 있었다.

 

무실로바 교수는 “3종 이상의 다른 옵신 유전자를 가진 4종의 물고기는 서로 관련이 없는 종”이라며 “이는 심해에서 색을 구별하기 위해 독립적으로 간상세포를 진화시켰으며, 생존에 도움이 되는 진화가 다양한 곳에서 일어났다는 것을 뜻한다”고 말했다.

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