어류의 색각은 놀랍다.

어류의 색각은 놀랍다.

 

 

색각에 관계하는 시물질 옵신에는 대별하여 5종류가 있는데 그들은 척추동물의 공통선조 시대에는 갖추고 있었다.

진화의 초기 단계에서 대강의 레퍼토리가 갖추어져서 그 후 끼어드는 현상은 자주 듣는다. 약 5억 년 전에 일어난 소위 <생명캄브리아 폭발>에서는 생물의 진화의 역사 중에서도 특필할 만한 다양성이 개화하고 후에 끼어들었다고 한다.

보여준 <척추동물 시각 옵신의 레퍼토리>가 재미있다.

 

척추동물 시각 옵신 레파토리

	적형(赤型) (MILWS)	록형(綠型) (RH2)	청형(靑型) (SWS2)	자외선형 (紫外線型) (SWSI)	간체형(桿體型) (LHI)
어류	◎	◎	◎	◎	◎
양생류	○	?	○	○	○
파충류	○	○	○	○	○
조류	○	○	○	○	○
포유류	○	×	×	○	○
영장류	◎ (적, 록)	×	×	○ (청)	○

(가와무라쇼지 제공)

 

<4종류의 추체 옵신과 1종류의 간체 옵신이라 해서 5종류이다. 그들을 어류, 양생류, 파충류, 조류, 포유류 그리고 포유류 중에서도 특히 영장류로 어떤 것을 가지고 있었는지 표로 하였다. ○표를 한 것은 그것을 하나를 가지고 있다는 의미이고, ◎를 한 것은 같은 형이라도 2개 이상의 미묘하게 다른 서브타입을 가지는 경우이다. 그러면 어류는 모두 ◎ 표로 다양한 색각을 발달시켰다는 것을 알 수 있다. 그리고 포유류를 제외한 4족 동물은 기본적으로 이것을 하나씩 가지고 있는 4색형이다. 선조 대대로 센서를 줄곧 중요시하여 하나씩을 가지고 있다는 것이다. 단지 양생류만이 록형(綠型)의 옵신이 보이지 않는다. 이것은 단순히 보이지 않는 것인지 참으로 없어져버렸는지는 모른다.>

이 두드러진 것은 아무튼 어류의 색각을 관장하는 옵신이 다양하다는 것과 포유류 이외의 척추동물은 대체로 4색형의 색각을 가지고 있다는 것이다.

포유류에 대하여 좀 더 자세히 보면 일단 록형(綠型)과 청형(靑型)을 없애고 2색형이 되어 버린 것을 알 수 있다. 또 다시 영장류는 일단 없어진 록형(綠型)을 적형(赤型)의 서브타입으로서 새롭게 만들어 낸 것이나 자외선형(紫外線型)이었던 것을 청방면(靑方面)으로 가까이 해서 청형처럼 사용했다는 것이다. 여기서는 어류가 가진 다양한 색각 이야기를 하기로 한다.

 

어째서 어류의 옵신의 종류는 많은가?

 

<어찌 어류가 각 타입을 다양화시키는가 하는 것인데 그것은 수중 광(빛)환경이 매우 다양하다는 것이라고 생각하고 있다. 수심에 따라서도 닿는 광(빛)의 파장이 다분히 변하고 대양이라든지 심해구(深海溝)에서도 다르다. 바이킬호 같은 매우 넓고 깊고 투명도가 높을 것 같은 환경과 하천, 보통의 호수나 늪 같은 데서도 투과하는 파장이나 수심이 전혀 다르다. 바다라면 대개 400 수십 나노미터 정도의 광(빛)이 가장 투과성이 좋아서 흡수되거나 한다. 눈에 들어오는 것은 남은 파장뿐이니까 바다는 푸르게 보인다. 호수나 강의 물은 어쩐지 초록으로 보이는 것은 보다 긴 파장에 짜여 있어서 그것은 식물(植物) 플랑크톤이라든지 여러 가지가 섞여 있기 때문이다.>

대양이나 하천 혹은 식물 플랑크톤이 많은 것인지 동식물의 노폐물이 많은지 등의 다름에 따라 파장이 투과하는 깊이가 각각 다르다.

색각의 기원은 천수해로 명암이 변하기 쉬운 환경이라는 말이 있었지만 여기서는 어류라는 구릅으로서 볼 때의 환경의 다양성이 색각의 다양성을 유지하고 있는 것 같은 이야기라고 이해했다. 개개의 종에서는 그 정도는 아니지만 어류 전체로는 여러 가지 색각이 있을 것이다. 아무튼 있을 법한 일이다.

그렇게 생각하고 있으면 실은 같은 종 그뿐일까 개체 레벨에서도 다양한 색각이 있다는 것이 곧 판명된다.

<뱀장어라든지 연어처럼 바다와 강을 왔다 갔다 하는 것도 있다. 그들은 바다에 있을 때는 보다 단파장으로 세트하고 강에 오면 보다 장파장의 세트로 교체하곤 한다. 망막 상에 발현되는 시세포가 달라진다고.>

이것은 대단하다. 확실히 바다와 강에서 주위의 광(빛)이 다르면 각각 최적화한 시물질의 세트를 가지는 것이 유리하겠지. 그것을 실제로 하고 있다는 것이다.>

어류의 색각의 신비는 그것만이 아니다. 가와무라 씨 스스로의 연구실에서 손대고 있는 연구에도 매우 재미있다는 것을 알고 있다.

 

4종류, 5종류는 당연하다.

 

<한마디로 어류라 하여도 많은 종류가 있는데 우리들 주변에서 하고 있는 것은 먼저 골표류(骨鰾類)이다. 잉어라든지 금붕어라든지가 들어가는 구릅으로 제브라피시(zebrafish)라는 것을 특히 연구하고 있다.

===*제브라피쉬(Zebrafish) (Danio rerio)

제브라 다니오(Danio rerio) 또는 제브라피쉬는 잉어과에 속하는 물고기로, 푸른색 몸에 흰색 줄무늬가 있기 때문에 "제브라다니오"로 불린다. 원산지는 인도이며 관상어로 곧잘 사육된다. 몸길이는 4~5cm정도이다. 위키백과===

그것과 극기류(棘鰭類)라는 구릅이 있어서 송사리라든지 구피(guppy)라든지 큰가시고기 등이 들어있다. 이들 중에서 송사리를 특히 고르고 있다. 잉어나 송사리도 실험동물로서 매우 잘 연구되고 있어서 유전학이나 발생학의 여러 가지 실험용구가 쓰이는 가치가 있고 세대시간도 비교적 짧아서 사육하기 쉽다. 골표류나 극기류가 분기한 것은 꽤 옛날이라서 대체로 2억 5000만 년 전이므로 이 2개를 조사함으로써 꽤 널리 어류의 일반적인 것에 다그칠 수 있다고 생각하고 있는 셈이다.>

제브라피쉬도 송사리도 담수어이다. 장어나 연어처럼 해수와 담수를 왔다 갔다 하지 않는다. 그러면 비교적 간단한 생활사로 시물질인 레퍼토리도 그다지 복잡하지 않을 것이 아닌가.

가와무라 씨 등은 옵신 유전자의 종류를 확인할 뿐 아니라 유전자를 전사한 RNA을 망막에서 추출하여 실험실에서 시물질(단백질 옵신 +색소 레티날)을 실제로 재구성한다. 그래서 흡수파장을 측정했다.

제브라피쉬는 흡수 파장이 다른 적(赤) 옵신을 2종류를 가지고 있고 록 옵신은 4종류를 가지고 있음을 알았다.

그리고 청 옵신과 자외선 옵신을 하나씩 가지고 있다. 간체 옵신도 있다. 다음 외국 연구자가 간체 옵신을 또 하나 발견하였으므로 옵신은 전부 10종류이다. 송사리는 적2, 록3, 청2, 자외선1로 거기에다 간체의 것을 더하면 9종류이다. 단지 송사리 2개의 적 옵신의 흡수파장은 같았다.>

 

많은 종류를 구사하는 경이로운 메커니즘

 

록 옵신의 서브타입은 극기류(송사리)와 골표류(잉어)의 계통이 분기된 후에 소위 유전자 중복이라는 현상의 결과로 독립하여 획득한 것 같다. 옵신 유전자의 배열을 바탕으로 계통수를 그려보면 그것을 잘 알 수 있다. 그러면 제브라피쉬도 송사리도 이만큼의 많은 종류의 옵신 유전자를 가지고서 무엇에 쓰는 것일까. 일일이 동시에 발현시키려는 것일까 아니면 연어나 뱀장어처럼 환경에 응하여 쓰는 세트를 바꾸는 것일까. 가와무라 씨의 연구에서는 적어도 제브라피쉬에서는 어쩌면 <동시에 전부>이다.<보이는 파장이 다른 여러 가지 종류의 옵신이 있다는 것은 앞에서 말했는데 제브라피쉬에서는 그것이 실제로 발현하고 있어서 쓰이고 있는 망막상의 장소도 분화하고 있다는 것을 알았다. 유전자에 라벨을 붙여두고 어디서 발현하고 있는지 아는 방법이 있다. 그것을 확인했다.> 제브라피쉬에서는 2종류의 적 옵신의 유전자가 있지만 그것이 조금 편협한 <동심원상(同心圓狀)>으로 발현하는 장소가 나누어졌다. 또 4종류가 있는 록 옵신도 같아서 이것은 4개가 있어서 다시 확실히 그 경향을 안다. 이것은 어떤 함의가 있는 것일까. 안구 전체를 세로로 자른 것 같은 모양으로 도시하면 놀라운 일이 분명해졌다.

 

<동심원상(同心圓狀)>의 이유가 일목요연하다.

 

물고기의 안구의 단면에서 보아 대강을 맞춘다면 이런 느낌이 든다. 망막의 복측(腹側/배쪽)(하측) 곧 위를 보는 시각(視角)이다. 그것이 보다 긴 파장의 옵신의 서브타입(subtype/亞型)을 쓰고 있다. 한편 보다 단파장의 것은 배측(위측)에서 아래를 보는 시각으로 쓰고 있다. 곧 보는 각도에 따라 색각을 바꾸고 있다. 이 밖에 자외선 옵신이나 청 옵신을 가지고 있으므로 제브라피쉬는 기본적으로 4색형이다. 그러나 그 구성 요소를 바꾸고 있다는 데서 다른 4색형으로 하고 있는 셈이다.>

말하고 보니 확실히 의미가 있는 듯하다. 물속을 헤엄치는 물고기로서는 수면 방향과 물 밑 방향에서는 전혀 빛의 환경이 다르다. 각각 다른 센서의 타입을 써서 보는 것은 이치에 맞는 일일지 모른다. 단지 어째서 이런 나누는 방법을 쓰고 있는지 어느 정도 어류들 중에 보편적인지는 아직 잘 모른다. 이것도 합리적인 설명을 찾지 않으면 안 된다고 하는 상황이다.

가와무라 씨 팀은 어째서 이런 발현 방법이 되는지 메커니즘적인 부분에 대해서는 깨끗이 풀어 밝히고 있다. PNAS（미국과학아카데미기요）라는 이름의 잡지에 논문이 게재될 정도로 좋은 연구 성과인데 정직히 말하면 이 연재의 수준에서 쫓아가는 것은 곤란하다. 마음을 내쳐 말한다면 유전자의 발현을 제어하는 <인핸서(Enhancer)>의 장소를 특정하여 겨우 500의 염기배열에까지 다그치고 있다는 데서 멈춘다.

===* 인핸서(Enhancer)

영어에서 번역됨-유전학에서, 인핸서는 특정 유전자의 전사가 일어날 가능성을 증가시키기 위해 단백질에 의해 결합 될 수 있는 짧은 DNA 영역이다. 이들 단백질은 보통 전사 인자로 지칭된다. 위키백과(영어)===

<제브라피쉬나 송사리의 연구에서는 내가 연구실을 구축한 초기부터 지넨 아키토(知念秋人) 군、다케지 마사키(武智正樹) 군、마츠모토 요시후미(松本圭史) 군、그리고 츠지무라 타로오(辻村太郎) 군이라는 능력 있는 우수한 학생들이 찾아와 준 덕분에 훨씬 진행되었다는 사실을 말해다오.> 하고 가와무라 씨는 덧붙였다. 그들은 여기까지의 연구에 심혈을 쏟은 가와무라 연구실의 주도적인 존재라 한다.*

 

* 출처 =natgeo.nikkeibp.co.jp>atcl>web

* 일본어 원문=魚の色覚はすごい！

* 연구, 해설자==가와무라 쇼지(河村正二

1962년 나가사키현 출생. 도쿄대학 신흥과학대학원 첨단생명과학과 인문진화시스템학과 교수. 과학박사. 1986년 도쿄대학과학학부 졸업. 1991년 도쿄대학 인류학대학원에서 박사학위 취득. 전문연구 분야 척추동물 특히 물고기와 영장류. 특히 남미의 새로운 세계 원숭이에서 색상ID의 진화를 연구하고 있음.

* 기록자 =가와바다 히로도(川端裕人)

1964년 효고현 아카시 출생. 지바현에서 성장. 작가. 최근저작은 첨단과학에 기초한 새로운 색각관을 전개한 『‘색깔의 신비’와 불가사의한 사회--2020년대의 색각원론』(치쿠마서방)