작은 바다 벌레가 눈이 어떻게 진화하는지에 대한 큰 비밀을 밝혀냈습니다.

사람들은 일반적으로 복잡한 눈을 포유류, 새 또는 문어와 연관시킵니다. 그러나 bristleworm과 같은 해양 어닐리드 벌레는 플라티네레이 듀메릴리 척추동물과 두족류의 눈과 유사한 카메라 모양의 눈을 가지고 있으며, 일부 종은 놀라울 정도로 세밀하게 볼 수 있습니다. 과학자들은 이 무척추동물의 눈이 성체가 되어도 어떻게 계속 자라는지 오랫동안 궁금해해 왔습니다. 비엔나 대학, 브레머하펜의 알프레드 베게너 연구소, 올덴부르크 대학의 공동 팀은 이 질문을 조사하기 시작했고 전통적인 가정에 도전하는 발견을 발견했습니다.

평행 진화와 숨겨진 성장 영역

척추동물과 무척추동물의 카메라형 눈은 유사한 생물학적 요구에 대한 유사한 솔루션으로 독립적으로 발생하는 병렬 진화의 고전적인 예입니다. 이러한 눈이 성숙 후에도 어떻게 계속 발달하는지 이해하기 위해 연구자들은 성인의 눈을 조사했습니다. 플라티네레이스광수용체와 뇌 진화를 연구하기 위한 잘 확립된 모델 유기체입니다.

제1저자인 비엔나 대학교 신경과학 및 발달 생물학과의 Nadja Milivojev는 단일 세포 RNA 시퀀싱을 사용하여 줄기 세포와 관련된 분자 특징을 식별하고 벌레 망막에서의 위치와 행동을 도표화했습니다. 그녀의 연구는 성인의 눈이 확장될 때마다 분열하는 신경 줄기 세포로 촘촘하게 채워져 있는 망막 가장자리를 따라 뚜렷한 영역을 밝혀냈습니다. Milivojev는 “일부 척추동물 그룹이 평생 동안 눈의 성장을 위해 망막 줄기 세포를 유지하는 곳인 벌레의 망막 가장자리에서 분열하는 세포를 발견한 것은 놀랍습니다.”라고 말합니다.

“섬모변연부”로 알려진 이 영역은 지속적인 눈 성장을 지원하는 것으로 여겨지며, 현재 강모충 망막에서도 관찰되는 패턴입니다. 선임 저자인 비엔나 대학의 Florian Raible은 어류와 양서류와 같은 척추동물에서 유기체가 계속 성장하는 동안 이 영역이 새로운 망막 뉴런을 생성한다고 지적합니다. 그는 “놀랍게도 Nadja의 연구는 강모벌레의 눈이 새로운 광수용체 세포를 추가하고 크기를 확장할 수 있다는 것을 보여주었습니다. 이는 척추동물 계통 밖에서는 잘 연구되지 않은 특성입니다.”라고 설명합니다.

눈 발달의 빛 반응 메커니즘

연구팀은 또한 벌레 주변의 빛이 눈 성장을 조절하는 데 직접적인 역할을 한다는 사실도 발견했습니다. 유전적 및 분자적 분석을 통해 c-opsin이라는 빛에 민감한 단백질이 이러한 효과를 담당한다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 분자는 척추동물의 간상세포와 원추세포에서도 발견됩니다. 이전 연구에서는 벌레의 눈이 다른 종류의 옵신에 의존한다고 제안했기 때문에 척추동물 유형의 c-옵신의 존재는 예상치 못한 발견이었습니다. Milivojev와 동료들은 이 분자가 벌레의 광수용체 세포의 초기 전구체에 나타나는 것을 확인했으며, 이는 빛 노출과 줄기 세포 활동을 연결하는 분자 스위치 역할을 한다는 것을 나타냅니다. 이러한 결과는 시각 시스템이 빛을 감지할 뿐만 아니라 빛에 반응하여 발달을 조정할 수도 있음을 보여줍니다.

진화적 연결과 새로운 질문

이번 발견은 척추동물과 무척추동물의 눈이 어떻게 계속해서 성장하고 유지되는지 이해하는 데 있어 오랜 격차를 해소합니다. 그것을 보여주는 플라티네레이스 눈은 신경 줄기 세포 고리에 의존하므로 연구자들은 감각 기관의 진화를 안내하는 보편적인 원리를 밝혀내는 데 더 가까이 다가갈 수 있습니다. 결과는 또한 몇 가지 새로운 질문을 제기합니다. 신체의 다른 줄기 세포 집단이 환경 빛에 반응할 수 있습니까? 그리고 인공 조명이 이러한 자연적인 생물학적 과정을 어떻게 방해할 수 있습니까? 연구자들은 벌레의 줄기 세포 시스템을 탐구하는 향후 연구가 이러한 질문에 답하는 데 도움이 되고 신경계가 어떻게 적응하고 스스로 복구하는지에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있기를 바라고 있습니다. 선임 저자인 Kristin Tessmar-Raible(비엔나 대학교, 알프레드 베게너 연구소, 올덴부르크 대학교)은 “생명의 생물학적 복잡성과 인류에 의한 영향의 가능한 결과를 이해하려면 예상치 못한 현상을 밝히기 위한 기초 연구가 필수적”이라고 강조합니다.

요약

• 비엔나 대학과 알프레드-베게너 연구소의 연구원들은 눈과 뇌가 어떻게 발달하고 빛이 시력을 넘어서 생물학에 어떻게 영향을 미치는지 밝히는 데 유용한 모델인 성체 해양 강모를 연구했습니다.
• 연구팀은 눈이 플라티네레이 듀메릴리 벌레의 일생 동안 계속 성장합니다. 이러한 지속적인 성장은 성인이 되어도 눈을 계속 확장하는 특정 척추동물에서 볼 수 있는 성장 영역과 유사한 신경 줄기 세포 고리에 의해 구동됩니다.
• 그들의 연구는 무척추동물과 척추동물의 카메라형 눈이 어떻게 성장하고 스스로를 유지하는지에 대한 오랜 질문을 해결하는 데 도움이 됩니다. 이번 연구 결과는 매우 다른 진화 경로를 거쳐도 많은 동물이 성장과 유연성을 위해 공유된 세포 전략에 의존한다는 것을 시사합니다.
• 그걸 보여주면서 플라티네레이스 눈이 이 줄기세포 고리에 의존하기 때문에 이번 연구를 통해 과학자들은 감각 기관의 진화를 형성하는 보편적인 규칙을 식별하는 데 더 가까워졌습니다.