초특화된 단백질은 문어와 오징어가 빨판으로 표면을 맛볼 수 있도록 하며, 이러한 단백질은 각 동물의 생활 방식에 맞게 조정됩니다.

NEWS, 12 April 2023

How octopuses taste with their arms

Ultra-specialized proteins enable octopuses and squids to taste surfaces with their suckers — and these proteins are tailored to each animal’s way of life.

https://www.nature.com/articles/d41586-023-01010-3

캘리포니아 두 자리 문어(Octopus bimaculoides)는 가장 좋아하는 음식 중 하나인 피들러 크랩(Leptuca pugilator)을 잡습니다. 크레딧: Peter Kilian

문어와 오징어는 둘 다 팔다리에 있는 빨판을 사용하여 먹이와 씨름하고 동시에 채석장을 맛봅니다. 이제 한 쌍의 연구는이 동물들이 어떻게 ‘만져서 맛보는지’와 진화가 어떻게 그들의 라이프 스타일에 완벽한 감각 능력을 갖추 었는지를 설명합니다1,2. 이 논문은 4월 12일 네이처(Nature)에 게재됐다.

이 연구는 동물의 빨판에 박힌 수용체의 구조를 자세히 설명합니다. 이 수용체는 생물이 물에 떠 있는 화학 물질과 독립적으로 표면의 화학 물질을 맛볼 수 있도록 하는 정보를 전달합니다.

 

두뇌로 무장

문어와 오징어를 포함하는 그룹인 두족류는 뇌와 감각 시스템이 다른 동물에서 발견되는 것과 다르므로 오랫동안 신경과학자들을 매료시켜 왔습니다. 예를 들어, 문어는 중앙 뇌보다 팔에 더 많은 뉴런을 가지고 있는데, 이는 각 팔이 마치 자신의 뇌를 가지고 있는 것처럼 독립적으로 기능할 수 있도록 하는 구조입니다3. 그리고 연구자들은 각 팔에 있는 수백 개의 빨판이 환경을 느끼고 맛볼 수 있다는 것을 오랫동안 알고 있었습니다4.

매사추세츠주 케임브리지에 있는 하버드 대학교의 분자 생물학자인 니콜라스 벨로노(Nicholas Bellono)와 그의 그룹은 캘리포니아 두 반점 문어(Octopus bimaculoides)를 연구하던 중 동물의 촉수 세포 표면에서 독특한 구조를 발견했습니다. Bellono는 이 구조가 문어 환경에서 화학 물질에 대한 수용체 역할을 한다고 의심했습니다. 그는 캘리포니아 샌디에이고 대학의 신경 생물학자 라이언 힉스 (Ryan Hibbs)에게 연락했는데, 그는 Bellono 팀이 발견한 문어 구조와 구조학적으로 유사한 수용체를 연구합니다 : 두 유형 모두 속이 빈 튜브를 형성하기 위해 클러스터링 된 5개의 배럴 모양의 단백질로 구성됩니다.

연구자들이 문어 게놈을 조사했을 때, 그들은 이 배럴 모양의 단백질에 대한 26개의 유전자를 발견했으며, 이를 섞어 다양한 취향을 감지하는 수백만 개의 별개의 다섯 부분 조합을 만들 수 있었습니다1. 연구진은 문어 수용체가 물에 녹지 않는 ‘기름기가 많은’ 분자에 결합하는 경향이 있음을 발견했으며, 이는 문어 껍질, 해저 또는 문어 자신의 알과 같은 표면의 화학 물질을 감지하는 데 최적화되어 있음을 시사합니다.

저자들은 빨판에 다양한 분자가 있으면 문어가 처리를 위해 이 정보를 뇌에 보낼 필요 없이 맛이 무엇인지 빠르게 결정할 수 있다고 생각합니다.

 

쓴 알약

Nature의 두 번째 연구에서 Bellono, Hibbs 및 동료들은 이러한 화학 수용체가 두족류에서 어떻게 발생하는지 연구했습니다2. 수용체는 다른 많은 유기체가 신경계를 통해 신호를 보내는 데 사용하는 수용체에서 진화한 것으로 보입니다.

연구진은 문어 수용체를 줄무늬 만두 오징어 (Sepioloidea lineolata)의 촉수 빨판에서 발견 된 수용체와 비교한 결과 오징어 수용체가 쓴맛을 내는 분자에 반응한다는 것을 발견했습니다. 이것은 오징어가 이 특정 취향에 따라 먹이를 받아들이거나 거부할 수 있음을 시사합니다.

오징어와 문어의 게놈을 분석한 결과, 오징어와 문어의 조상이 약 300억 년 전에 갈라진 후 수용체가 독립적으로 진화하여 시간이 지남에 따라 새로운 특성을 획득하는 것으로 나타났습니다. 오징어는 물에 떠서 먹이를 보고 촉수를 쏘아 포획하는데, 이는 빨판이 물고기를 만질 때까지 물고기를 맛보지 못한다는 것을 의미합니다. 그러나 해저에 앉아서 먹이를 찾는 경향이 있는 문어의 경우 다양한 민감한 촉수 빨판을 갖는 것이 중요합니다.

“그렇게 빨리 많은 통찰력을 얻는 것은 정말 흥미진진한 일입니다.”라고 일리노이주 시카고 대학의 진화 생물학자 클리프 래그스데일 (Cliff Ragsdale)은 말합니다. 그는 그 발견이 빨판이 문어의 뇌에 감각 정보를 보내는 방법과 뇌가 그것을 해석하는 방법을 포함하여 많은 질문을 제기한다고 말합니다.

doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01010-3

References

Allard, C. A. H. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05822-1 (2023).

Kang, G. et al. Nature https://doi.org/10.1038/s41586-023-05808-z (2023).

Gutnick, T., Zullo, L., Hochner, B. & Kuba, M. J. Curr. Biol. 30, 4322–4327 (2020).

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