4만6천 년간 시베리아 영구동토층에 잠자던 선충이 부활하다!

영구동토층 미생물 혹은 병원균 활성화 이야기가 나온 김에 근자 이와 관련한 연구성과를 더 보기로 한다.

다음은 2023년 7월 28일자 라이브 사이언스 보도다. 
 

연구진은 2018년 영구동토층permafrost에서 새롭게 발견된 선충류nematode (Panagrolaimus kolymaensis)를 분리했지만, 그 나이와 종은 아직 불분명했다. (출처: Shatilovich et al, 2023, PLOS Genetics; (CC-BY 4.0))

시베리아 영구동토층에서 부활한 선충류, 4만 6천 년 동안 잠복해 있어

2023년 7월 28일 게시


이 고대 선충류nematode는 플라이스토세Pleistocene 후기부터 화석화한 다람쥐 굴에서 잠복해 있었으며, 이는 이 벌레들이 예상보다 수만 년 더 오래 생존할 수 있음을 보여준다. 

과학자들은 이 미세한 벌레가 시베리아 영구동토층permafrost에서 기록적인 4만 6천 년 동안 생존했다는 사실을 발견했다.

이는 이전에 부활한 벌레들보다 수만 년 더 오래 생존한 것이다. 

고대 회충roundworm, 즉 선충류nematode는 새롭게 발견된 파나그롤라이무스 콜리마엔시스(Panagrolaimus kolymaensis) 종에 속한다.

연구진은 2002년 북극 북동부 콜리마 강Kolyma River 근처 영구동토층에서 발굴한 화석 다람쥐 굴squirrel burrow 안에서 이 선충류를 발견했다.

과학자들은 2018년 이 얼어붙은 선충류를 소생시켰지만resuscitated, 정확한 나이와 종은 여전히 불분명했다. 

이제 목요일(7월 27일) PLOS Genetics 저널에 발표된 한 연구에서 이러한 의문에 대한 해답을 찾을 수 있을지도 모른다.

연구진은 이 연구에서 "극한 환경에서 장기간 생존하는 것은 극소수의 생물만이 할 수 있는 어려운 과제다"고 기술했다.

"이번 연구에서 토양 선충류soil nematode인 파나그롤라이무스 콜리마엔시스Panagrolaimus kolymaensis가 시베리아 영구동토층에서 4만 6천 년 동안 생명을 유지했음을 보여줍니다." 

선충류와 완보동물tardigrades과 같은 생물은 동결되거나 극심한 탈수 상태에 빠지면 휴면 상태dormant state("잠복생물cryptobiosis")이라고 하는 대사 과정에 돌입할 수 있다.

이 중간 상태는 각각 냉동생물cryobiosis과 무수생물anhydrobiosis이라고 한다. 두 경우 모두 이 생물들은 그네들 산소 소비량과 대사 과정에서 생성되는 열량을 감지할 수 없는 수준으로 줄인다. 

새로 발견된 이 선충류는 플라이스토세 후기(260만 년 전에서 1만 1,700년 전)에 잠복생물cryptobiosis로 전환되었는데, 이 시기는 마지막 빙하기가 포함된 시기다.

이 작은 생물을 가둔 영구동토층은 그 이후로 해빙되지 않았는데, 이는 연구에 따르면 선충류에서 기록된 잠복생물 중 수만 년이나 긴 잠복생물로 기록되었음을 의미한다.

지금까지 이 기록을 보유한 남극 선충류 종은 플렉투스 무라이Plectus murrayi와 틸렌쿠스 폴리히프누스Tylenchus polyhypnus다.

플렉투스 무라이는 이끼 속에 25.5년 동안 얼려 있었고, 폴리히프누스는 식물표본관에서 39년 동안 건조되었다. 
 

연구자들은 북극 북동부 콜리마 강 근처의 화석 다람쥐 굴에서 플렉투스 콜리마엔시스(P. kolymaensis)를 발견했다. (이미지 출처: Shatilovich et al., 2023, PLOS Genetics; (CC-BY 4.0))

 
연구진은 새롭게 발견된 선충의 유전자를 분석하고, 전체 유전체 염기서열이 분석된 최초의 다세포 생물인 예쁜꼬마선충(Caenorhabditis elegans)의 유전자와 비교했다.
최근 해동된 예쁜꼬마선충을 연구할 유전학적 방법이 확립되지 않은 상황에서, 예쁜꼬마선충은 비교를 위한 잘 연구된 모델 생물을 제공했다.

분석 결과, 은닉생물cryptobiosis과 관련된 여러 공통 유전자가 발견되었다.

선충이 어떻게 그렇게 오랫동안 생존할 수 있는지 정확히 알아내기 위해 연구진은 P. kolymaensis와 예쁜꼬마선충(C. elegans)을 새로운 집단으로 확보하여 실험실에서 약하게 건조시켰다.

선충이 무수생물anhydrobiosis 상태에 들어가자 연구팀은 트레할로스trehalose라는 당의 생성이 급증하는 것을 관찰했는데, 이 당은 선충의 세포막을 탈수로부터 보호하는 데 도움이 될 것으로 생각된다.

그런 다음 선충을 영하 80도(화씨 영하 112도)에서 냉동시켰고, 건조가 두 종 모두의 생존율을 향상시킨다는 것을 발견했다.

연구에 따르면, 탈수 과정을 거치지 않고 이 온도에서 얼린 벌레는 즉시 죽었다.

북극 환경에 적응하는 분자 경로를 갖춘 선충류는 수천 년 동안 이러한 동면 상태에서 생존하도록 진화했다고 연구진은 결론지었다.

"연구 결과에 따르면 일부 선충류 종은 영구동토층과 같은 환경에서 단기간 동안 은폐생물 상태cryptobiotic state로 생존하도록 적응함으로써 지질학적 기간 동안 해당 상태를 유지할 수 있는 잠재력을 얻었다"고 연구진은 밝혔다.

이는 멸종된 선충류 종이 영구동토층에서 탈출하면 다시 살아날 수 있음을 의미한다고 연구진은 지적했다.

또한, 온도 변화와 자연 방사능 등 선충류가 휴면 상태에 있는 환경의 "급격한 변화"가 고대 선충류를 깊은 잠에서 깨울 수 있다고 덧붙였다.


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