납 중독은 인류의 숙명이었다, 네안데르탈인도 괴롭혀

인포그래픽Infographic은 현대인과 우리 조상의 납 노출을 비교하고, 이 연구를 위해 치아 화석과 뇌 조직을 분석한 방법, 그리고 현대 NOVA1 유전자가 현대인을 납의 유해한 영향으로부터 어떻게 보호했을지 보여준다. 출처: J Gregory, Mount Sinai Health System

고대 납 중독이 인간 뇌 진화에 영향을 미쳤을 수도

by Southern Cross University

한 국제 연구는 독성 금속인 납 노출이 대체로 산업화 이후 현상이라는 관점을 뒤집는다.

이 연구는 우리 인류 조상이 200만 년 이상 주기적으로 납에 노출되었으며, 이 독성 금속이 인류의 뇌 진화, 행동, 심지어 언어 발달에도 영향을 미쳤을 가능성을 보여준다.

게다가 Science Advances에 발표된 이 연구는 인류가 어떻게 그들의 사촌인 네안데르탈인을 능가했는지에 대한 수수께끼의 조각을 더한다.

네안데르탈인 유전자를 지닌 뇌 오가노이드 모델Brain organoid models은 현대 인류의 뇌보다 납의 영향에 더 취약했으며, 이는 납 노출이 네안데르탈인에게 더 해로웠음을 시사한다.

호주 서던 크로스 대학교Southern Cross University 지질고고학 및 고고측량학 연구단(GARG), 마운트 시나이 병원 아이칸Icahn School of Medicine at Mount Sinai Hospital 의대(뉴욕, 미국) 캘리포니아대학교 샌디에이고(UCSD, 미국) 의대 연구진이 주도한 이 연구는 새로운 화석 지구화학, 최첨단 뇌 오가노이드 실험, 그리고 선구적인 진화유전학을 결합하여 인류 역사에서 납이 차지하는 역할에 대한 놀라운 이야기를 밝혀냈다.

인류 진화를 관통하는 독성 실마리

지금까지 과학자들은 납 노출이 대체로 현대적인 현상이며 채굴, 제련, 유연 휘발유 및 페인트 사용과 같은 인간 활동과 관련이 있다고 생각했다.

연구팀은 오스트랄로피테쿠스 아프리카누스Australopithecus africanus, 파란트로푸스 로부스투스Paranthropus robustus, 초기 호모, 네안데르탈인, 호모 사피엔스를 포함한 호미니드와 유인원 종 51개 화석 치아를 분석하여 거의 200만 년 전까지 거슬러 올라가는 간헐적 납 노출의 명확한 화학적 특징을 발견했다.

서던크로스대학교 GARG 시설(뉴사우스웨일즈NSW 주 리스모어Lismore 소재)과 마운트 시나이 대학교 최첨단 엑스포소믹스(Exposomics) 시설에서 고정밀 레이저 절삭 지구화학을 이용하여 연구진은 어린 시절 법랑질enamel과 상아질dentin이 성장하면서 형성된 치아에서 독특한 "납 띠lead bands"를 발견했다.

이 띠는 오염된 물, 토양, 화산 활동과 같은 환경적 요인과 스트레스나 질병 시 방출되는 신체 자체의 골 저장고에서 반복적으로 납이 흡수되었음을 보여준다.

서던크로스대학교 GARG 연구 그룹 책임자인 르노 조앤스-보야우Renaud Joannes-Boyau 교수는 "우리 데이터는 납 노출이 단순히 산업 혁명의 산물이 아니라 우리 진화 과정의 일부였음을 보여준다"고 말했다.

"이는 우리 조상의 뇌가 강력한 독성 금속의 영향을 받으며 발달했으며, 이것이 수천 년에 걸쳐 그들의 사회적 행동과 인지 능력에 영향을 미쳤을 수 있음을 의미합니다."

"이는 우리 조상의 뇌가 강력한 독성 금속의 영향 하에 발달했으며, 수천 년에 걸쳐 그들의 사회적 행동과 인지 능력에 영향을 미쳤을 수 있음을 의미합니다." 

연구진은 인간 뇌 오가노이드human brain organoids(실험실에서 배양한 소형 뇌 모델)를 사용하여, 신경 발달 중 납 노출 시 유전자 발현을 조절하는 것으로 알려진 NOVA1이라는 핵심 발달 유전자의 두 가지 버전에 대한 납의 영향을 비교했다. 현생 인류의 NOVA1 버전은 네안데르탈인을 비롯한 멸종된 인류에서 발견되는 것과는 다르다. 출처: 캘리포니아 대학교 샌디에이고

화석에서 기능으로: 납과 언어 유전자

연구진은 또한 이러한 고대의 노출이 뇌 발달에 어떤 영향을 미쳤는지 연구하기 위해 실험실을 활용했다.

실험실에서 배양한 소형 뇌 모델인 인간 뇌 오가노이드를 사용하여, 신경 발달 중 납 노출 시 유전자 발현을 조절하는 것으로 알려진 NOVA1이라는 핵심 발달 유전자의 두 가지 버전에 대한 납의 영향을 비교했다.

현대인의 NOVA1 버전은 네안데르탈인과 다른 멸종된 호미니드에서 발견되는 버전과 다르지만, 지금까지 과학자들은 이러한 변화가 왜 일어났는지 알지 못했다.

고대 NOVA1 변이체를 가진 오가노이드가 납에 노출되었을 때, 언어 발달에 중요한 뇌 영역인 피질과 시상에서 FOXP2를 발현하는 뉴런의 활성에 현저한 장애가 나타났다.

이러한 효과는 현대 NOVA1 변이체를 지닌 오가노이드에서는 훨씬 덜 두드러졌다.

"이러한 결과는 NOVA1 변이체가 납의 유해한 신경학적 영향으로부터 보호해 주었을 가능성을 시사합니다." UC 샌디에이고 샌포드 줄기세포 연구소 통합 우주 줄기세포 궤도 연구 센터 소장이자 소아과/세포 및 분자 의학 교수인 앨리슨 무오트리Alysson Muotri 교수는 말한다.

"이번 연구는 납 독성과 같은 환경적 압력이 생존율과 언어 의사소통 능력을 향상시키는 유전적 변화를 유도했을 뿐만 아니라, 현대 납 노출에 대한 취약성에도 영향을 미쳤음을 보여주는 놀라운 사례입니다."

현대 또는 고대 NOVA1 유전자를 보유한 뇌 오가노이드를 이용한 실험실 실험을 통해 납이 뇌 발달에 미치는 영향을 조사했으며, 특히 언어 발달에 중요한 유전자인 FOXP2에 초점을 맞추었다. 출처: 캘리포니아 대학교 샌디에이고

 
유전학, 신경독소, 그리고 현대인의 형성

이 연구의 유전 및 단백체 분석 결과, 고인류 변이 오가노이드의 납 노출이 신경 발달, 사회적 행동, 그리고 의사소통에 관여하는 경로를 교란시켰음이 밝혀졌다.

특히 FOXP2 활성의 변화는 고대 납 노출과 현대인의 언어 능력의 진화적 개선 사이의 연관성을 시사한다.

환경의학 교수이자 부회장인 마니쉬 아로라Manish Arora 교수는 "이 연구는 환경 노출이 우리의 진화에 어떻게 영향을 미쳤는지 보여준다"고 말했다.

"종간 경쟁의 관점에서 볼 때, 독성 노출이 전반적인 생존 이점을 제공할 수 있다는 관찰은 환경 노출과 관련된 질환의 진화적 근원을 탐구하는 환경의학에 새로운 패러다임을 제시합니다."

고대 문제에서 얻은 현대적 교훈

오늘날 납 노출은 대부분 인간의 산업 활동으로 인한 것이지만, 특히 어린이의 경우 심각한 세계적 건강 문제로 남아 있다.

이번 연구 결과는 환경 독소와 인간의 생물학적 특성이 얼마나 깊이 얽혀 있는지를 보여주며, 납에 대한 우리의 취약성이 과거의 유산일 수 있음을 경고한다.

조앤스-보야우 교수는 "이번 연구는 납 노출의 역사를 새롭게 쓸 뿐만 아니라, 유전자와 환경의 상호작용이 수백만 년 동안 우리 종을 형성해 왔으며, 지금도 계속되고 있음을 일깨워준다"고 덧붙였다.

이 연구는 아프리카, 아시아, 유럽, 오세아니아에서 채취한 화석 치아를 분석하고, 고급 지구화학 지도 작성법을 사용하여 아동기 납 노출 패턴을 파악했다.

현대 또는 고대 NOVA1 유전자를 보유한 뇌 오가노이드를 이용한 실험실 실험을 통해 납이 뇌 발달에 미치는 영향을 조사했으며, 특히 언어 발달에 중요한 유전자인 FOXP2에 초점을 맞췄다.

유전학, 전사체학, 그리고 단백질체학 데이터를 통합하여 납이 인류의 사회적 행동과 인지 진화에 어떤 영향을 미쳤는지에 대한 포괄적인 그림을 구축했다.

More information: Impact of intermittent lead exposure on hominid brain evolution, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adr1524 

Journal information: Science Advances 
Provided by Southern Cross University