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발견의 중심에는 6개의 원자가 전자를 가진 탄소 형태인 카르벤이 있습니다. 정상적인 조건에서 탄소 원자는 8개의 전자로 가장 안정적입니다. 6개만 있으면 카르벤은 매우 불안정하며 주변 환경과 거의 즉각적으로 반응합니다. 물에서는 일반적으로 즉시 분해됩니다.

수십 년 동안 과학자들은 티아민이라고도 알려진 비타민 B1이 세포 내부에서 카르벤과 같은 구조를 잠시 형성하여 필수적인 생화학 반응을 촉진할 수 있다고 믿었습니다. 그러나 분자의 극도의 불안정성으로 인해 그러한 조건에서 직접 관찰할 수 있는 사람은 아무도 없었습니다.

물에서 최초로 관찰된 안정적인 카르벤

연구자들은 이제 물 속에서 안정하게 유지되는 카르벤을 만드는 데 성공했습니다. 그들은 그것을 생성했을 뿐만 아니라, 그것을 분리하고 튜브에 밀봉하고 몇 달 동안 그대로 유지되는 것을 관찰했습니다. 이번 연구 결과는 Science Advances에 발표된 연구에 자세히 나와 있습니다.

논문의 교신저자이자 UC 리버사이드 화학 교수인 빈센트 라발로(Vincent Lavallo)는 “물 속에서 안정한 카르벤을 관찰할 수 있었던 것은 이번이 처음이다”고 말했다. “사람들은 이것이 미친 생각이라고 생각했습니다. 그러나 알고 보니 Breslow가 옳았습니다.”

1958년 가설이 마침내 확인됨

Lavallo는 1958년에 비타민 B1이 주요 생화학 반응을 활성화하기 위해 카르벤으로 전환될 수 있다고 제안한 컬럼비아 대학의 화학자 Ronald Breslow를 언급하고 있습니다. 이 아이디어는 영향력이 있었지만 카르벤은 특히 물에서 너무 불안정하여 포획하거나 연구할 수 없기 때문에 입증되지 않았습니다.

이러한 문제를 극복하기 위해 Lavallo 팀은 카르벤을 둘러싸는 보호 분자 구조를 개발했습니다. 그는 이것을 물과 근처의 다른 분자로부터 반응 센터를 보호하도록 설계된 “갑옷”이라고 설명합니다. 이러한 보호 기능을 통해 카르벤은 핵자기공명 분광법과 X선 결정학을 사용하여 상세한 분석을 할 수 있을 만큼 충분히 안정해지며, 이는 그러한 분자가 물에 존재할 수 있다는 명확한 증거를 제공합니다.

UCR에서 대학원생으로 연구를 마치고 현재 UCLA에서 박사후 연구원인 제1저자 Varun Raviprolu는 “우리는 역사적인 이론을 쫓는 것이 아니라 화학을 탐구하기 위해 이러한 반응성 분자를 만들고 있었습니다.”라고 말했습니다. “그러나 우리의 연구는 Breslow가 수년 전에 제안한 것을 정확히 확인하는 것으로 나타났습니다.”

보다 친환경적인 화학 및 의약품 생산을 향하여

그 의미는 과학적 미스터리를 해결하는 것 이상입니다. 카르벤은 화학 반응을 촉진하는 데 도움이 되는 금속 기반 촉매의 “리간드” 또는 지지 성분으로 널리 사용됩니다. 이러한 촉매는 의약품, 연료 및 기타 재료를 생산하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 이러한 공정 중 상당수는 독성 유기 용매에 의존합니다.

연구진은 물 속에서 카르벤을 안정화함으로써 보다 안전하고 환경 친화적인 화학 물질 생산의 문을 열었을 수 있습니다.

“물은 이상적인 용매입니다. 물은 풍부하고 무독성이며 환경 친화적입니다.”라고 Raviprolu는 말했습니다. “이러한 강력한 촉매를 물에서 작동시킬 수 있다면 이는 친환경 화학을 향한 큰 진전입니다.”

살아있는 세포의 화학을 모방하는 데 더 가까워졌습니다.

물 속에서 반응성 중간 분자를 생성하고 유지하는 능력은 과학자들이 대부분 물로 구성되어 있는 살아있는 세포 내부에서 자연적으로 발생하는 화학을 복제하는 데 더 가까워지도록 해줍니다.

Lavallo는 “이와 같이 우리가 결코 분리할 수 없었던 다른 반응성 중간체도 있습니다”라고 말했습니다. “우리와 같은 보호 전략을 사용하면 마침내 그들을 보고 배울 수 있을 것입니다.”

이정표가 되는 해

20년 동안 카르벤을 연구해 온 Lavallo에게 이번 성과는 과학적, 개인적 의미를 모두 갖습니다.

“불과 30년 전만 해도 사람들은 이러한 분자가 만들어질 수도 없다고 생각했습니다.”라고 그는 말했습니다. “이제 우리는 그것들을 물에 담아 병에 담을 수 있습니다. Breslow가 몇 년 전에 했던 말은 — 그가 옳았습니다.”

라비프롤루는 이번 혁신을 과학의 지속성에 대한 더 넓은 교훈으로 본다.

그는 “우리가 과학에 계속 투자한다면 오늘은 불가능해 보이는 일이 내일은 가능할 수도 있다”고 말했다.

이것이 바로 오클라호마의 농업 지역에서 콜로라도 대학교 볼더(Boulder) 현장 연구 중에 일어난 일입니다. 팀은 첨단 장비를 사용하여 공기 중 작은 입자가 어떻게 형성되고 진화하는지 연구하고 있었습니다. 대신, 그들은 서반구에서 독성 유기 오염물질의 일종인 MCCP(중쇄염화파라핀)가 최초로 공기 중에 검출되었다는 놀라운 사실을 발견했습니다. 연구 결과는 ACS 환경 Au.

CU Boulder 화학 박사과정 학생이자 해당 연구의 주저자인 Daniel Katz는 “우리가 찾고 있지 않았던 이와 같은 예상치 못한 것을 발견하는 것은 과학자로서 매우 흥미로운 일입니다.”라고 말했습니다. “우리는 우리가 알고 있는 독성 유기 오염물질에 대해 더 많이 배우기 시작했으며 이를 더 잘 이해해야 합니다.”

MCCP란 무엇이며 왜 중요한가요?

현재 MCCP는 지속적이고 광범위한 화학물질로부터 인간의 건강을 보호하기 위한 국제 협약인 스톡홀름 협약에 따른 규제 가능성에 대해 평가되고 있습니다. 이러한 오염 물질은 이전에 남극 대륙과 아시아와 같은 곳에서 발견되었지만 과학자들은 이 연구까지 서반구 대기에서 오염 물질을 측정하는 데 어려움을 겪었습니다.

이러한 화학 물질은 금속 가공 유체, PVC 및 직물 생산을 포함한 산업 공정에서 일반적으로 사용됩니다. 이는 폐수에서 자주 나타나며 폐수 처리 중에 생성되는 하수 슬러지라고도 불리는 바이오고형 비료로 끝날 수 있습니다. 연구원들은 오클라호마에서 발견한 MCCP가 이러한 유형의 비료가 적용된 인근 밭에서 유래했을 가능성이 있다고 믿고 있습니다.

Katz는 “하수 슬러지가 들판에 퍼지면 독성 화합물이 대기 중으로 방출될 수 있습니다.”라고 말했습니다. “우리는 그런 일이 일어나고 있다는 것을 직접적으로 보여줄 수는 없지만 그것이 공중에 떠있을 수 있는 합리적인 방법이라고 생각합니다. 하수 슬러지 비료는 유사한 화합물을 방출하는 것으로 나타났습니다.”

규제의 가능한 부작용

MCCP는 2009년부터 스톡홀름 협약 및 미국 환경 보호국에 의해 이미 규제되고 있는 단쇄 염소화 파라핀(SCCP)과 밀접한 관련이 있습니다. 이러한 초기 규정은 SCCP가 장거리 이동하고 환경에 지속되며 인간 건강에 위험을 초래할 수 있다는 증거를 따랐습니다.

그러나 연구자들은 SCCP를 제한함으로써 업계가 SCCP를 MCCP로 대체하여 관련 화학물질의 존재를 증가시켰을 수 있다고 의심합니다.

CU Boulder 화학 교수이자 CIRES 연구원이자 이번 연구의 공동 저자인 Ellie Browne은 “우리는 항상 규제로 인해 의도하지 않은 결과를 겪습니다. 무언가를 규제한 후에도 여전히 해당 제품이 필요합니다”라고 말했습니다. “그래서 그들은 뭔가로 대체됩니다.”

과학자들이 화학물질을 추적한 방법

이 발견은 오클라호마 현장의 지속적인 대기 모니터링에서 나왔습니다. 연구팀은 공기 중의 특정 화합물을 식별할 수 있는 민감한 장비인 질산염 화학 이온화 질량 분석기를 사용했습니다. 측정값은 한 달 동안 24시간 내내 수집되었습니다.

Katz는 데이터를 분석하면서 알려진 화합물과 일치하지 않는 특이한 동위원소 패턴을 식별했습니다. 추가 조사 후에 이러한 패턴은 MCCP와 관련된 염소화 파라핀과 연결되었습니다.

“Forever Chemicals” 및 미래 연구에 대한 링크

Katz는 MCCP가 환경에서 매우 느리게 분해되기 때문에 종종 “영원한 화학 물질”이라고 불리는 화학 물질 그룹인 PFAS와 유사점을 공유한다고 지적했습니다. 토양의 PFAS 오염에 대한 우려로 인해 최근 오클라호마 상원은 바이오고형 비료를 금지했습니다.

이제 과학자들이 공중에서 MCCP를 탐지하는 방법을 확인했으므로 다음 단계는 시간이 지남에 따라 MCCP 수준이 어떻게 변하는지 추적하는 것입니다. 연구자들은 계절에 따라 농도가 어떻게 달라지는지, 그리고 이러한 화학물질이 공기 중에 떠오를 때 어떤 영향을 미칠 수 있는지 이해하고 싶어합니다.

Katz는 “우리는 그들을 식별했지만 그들이 대기 중에 있을 때 정확히 무엇을 하는지 아직 알지 못하며 추가 조사가 필요합니다”라고 말했습니다. “공중 보건과 안전에 필요한 만큼 과학을 평가하고 이러한 화학 물질을 규제할 수 있는 정부 기관을 계속 보유하는 것이 중요하다고 생각합니다.”

설문 조사에 따르면 응답자의 92%가 자폐 뇌를 분석하는 것이 매우 또는 매우 중요하다고 생각하는 것으로 나타났습니다. 그러나 70%는 뇌기증에 대해 들어본 적도 없다고 답했다. 이러한 단절은 많은 사람들이 무엇이 그 진보를 가능하게 하는지 깨닫지 못한 채 자폐증 연구의 진보를 높이 평가한다는 것을 암시합니다.

뇌 기증과 장기 기증에 대한 인식

이번 연구 결과는 또한 장기 기증과 뇌 기증에 대한 친숙도 사이에 분명한 차이가 있음을 강조합니다. 응답자의 80% 이상이 장기 기증에 대해 잘 알고 있으며 절반 이상이 등록된 장기 기증자입니다. 반면 장기기증 신청 시 뇌기증이 포함되지 않는다는 사실을 아는 경우는 15%에 불과했다. 별도의 과정이 필요합니다.

“자폐증 및 관련 신경 발달 상태를 연구하는 연구자들에게 사후 뇌 조직은 인공 지능, 영상 기술, 심지어 동물 실험으로도 복제할 수 없는 중요한 과학적 자원입니다”라고 Autism BrainNet의 과학 책임자이자 UC Davis 석좌 교수인 David G. Amaral 박사는 설명했습니다. “Autism BrainNet의 목표는 최고 품질의 자폐증 연구를 촉진하고 개인과 가족에게 뇌 기증에 대한 정확한 정보를 제공하며 사별 전 기증 계획을 통해 편안함을 높이는 것입니다.”

뇌기증 과정에 대한 광범위한 혼란

설문조사는 2월 26일부터 3월까지 실시되었습니다. 2026년 1월 2일에 1,007명이 응답한 결과, 많은 사람들이 뇌 기증이 어떻게 이루어지는지 잘 알지 못하는 것으로 나타났습니다. 기증은 며칠이나 몇 주가 아니라 사망 후 몇 시간 이내에 이루어져야 한다는 사실을 아는 참가자는 절반 미만이었습니다. 심지어 소수는 사람이 살아 있는 동안에도 기부가 이루어질 수 있다고 믿었습니다.

누가 기부할 자격이 있는지에 대한 오해도 있습니다. 응답자의 약 1/3은 자폐증이나 간질을 포함한 특정 질환으로 인해 기부를 할 수 없을 것이라고 잘못 생각했습니다. 실제로 이러한 개인은 신경 발달 상태를 더 잘 이해하기 위해 광범위한 뇌 샘플에 의존하는 연구자들에게 특히 가치가 있습니다.

뇌 기증에 대한 가족의 관점

Autism BrainNet에 남동생의 뇌를 기증한 Kathy Stein은 “자폐증이 있는 동생 Ed는 그를 사랑하고 그의 많은 관심과 크고 사랑스러운 성격을 높이 평가하는 친구와 가족들에 둘러싸여 풍요롭고 행복한 삶을 살았습니다.”라고 말했습니다. “그가 세상을 떠났을 때 나는 그의 뇌를 기증했습니다. 그것이 그가 얼마나 멋진 사람인지 인정하고 그의 유산을 확장하는 긍정적인 방법이기 때문입니다. 그의 공헌을 통해 자폐증 및 관련 신경퇴행성 장애의 생물학적 원인에 대해 우리가 얼마나 많이 배울 수 있는지 상상해 보십시오.”

공공 교육 노력 및 향후 Reddit AMA

자폐증에 대한 인식을 높이기 위해 Autism BrainNet은 자폐증 수용의 달 동안 Reddit에서 “무엇이든 물어보세요” 세션을 주최할 예정입니다. 이 이벤트는 4월 29일 동부 표준시 기준 오후 12시부터 2시까지 진행될 예정입니다. David Amaral 박사는 자폐증 과학 재단(Autism Science Foundation)의 최고 과학 책임자인 Alycia Halladay 박사와 함께 기증자가 되는 방법과 그 과정을 포함하여 뇌 기증에 관한 질문에 답할 것입니다.

Amaral 박사는 “뇌 기증은 이식을 위한 것이 아니라 연구 목적으로만 사용됩니다. 뇌 기증은 장기 기증자 등록부에 포함되지 않지만 뇌 기증자는 장기 및 조직 기증자가 될 수도 있으며 대부분의 의학적 상태로 인해 뇌 기증이 제한되지 않습니다. 실제로 연구를 진행하려면 자폐증 환자 및 관련 신경 발달 질환이 있는 사람의 사후 뇌가 가장 필요합니다. 이것이 바로 자폐 성인, 가족 및 보호자가 자폐증에 대해 더 많이 알도록 권장하는 이유입니다. 브레인넷.”

기부할 수 있는 사람과 가족이 알아야 할 사항

자폐증 BrainNet은 다른 진단이 있더라도 자폐증 진단을 받은 사람, 자폐증 진단 여부에 관계없이 자폐증과 관련된 유전적 진단을 받은 사람, 자폐증이 없는 사람의 기부를 받습니다. 조직의 과학적 가치를 보존하려면 사후 기증도 가능하지만 사망 후 48시간 이내에 기증하는 것이 이상적으로 이루어져야 합니다.

가족에게는 비용이 들지 않으며 Autism BrainNet은 모든 준비를 조정합니다. 뇌 기증은 또한 장례 계획을 방해하지 않으므로 가족이 사랑하는 사람을 기리면서 미래의 돌파구로 이어질 수 있는 연구에 기여할 수 있습니다.

이러한 오랜 역사에도 불구하고 연구자들은 식물성 식품이 어떻게 염증을 감소시키는지 정확히 설명하기 위해 노력해 왔습니다. 실험실 환경에서 개별 식물 화합물은 종종 항염증 효과를 나타내지만 일반적으로 정상적인 식단이 제공할 수 있는 것보다 훨씬 높은 수준에서만 나타납니다. 이로 인해 소위 ‘항염증 식품’이 과연 실생활에서 면역체계에 영향을 미칠 수 있는지 의문이 제기됐다. 해결되지 않은 또 다른 질문은 서로 다른 화합물이 세포 내에서 함께 작용하여 단독으로보다 결합하여 더 강한 효과를 낼 수 있는지 여부입니다. 최근까지 이러한 유형의 시너지 효과는 분자 수준에서 테스트되거나 설명된 적이 거의 없었습니다.

식물 화합물이 어떻게 함께 작용하는지 연구하는 연구

이를 더 잘 이해하기 위해 일본 도쿄 과학 대학 생물 과학 기술과의 아리무라 겐이치로 교수가 이끄는 팀은 식물 유래 화합물의 조합이 면역 세포의 염증에 어떤 영향을 미치는지 조사했습니다. 그들의 연구 결과는 저널 18권 3호에 게재되었습니다. 영양소민트, 유칼립투스 및 칠리 페퍼에서 흔히 발견되는 화합물에 중점을 두었습니다. 연구자들은 이들 화합물을 함께 사용하면 개별적으로 사용하는 것보다 염증 신호를 더 효과적으로 줄일 수 있는지 확인하고 싶었습니다.

면역 세포의 항염증 효과 테스트

연구팀은 사이토카인이라는 신호 단백질을 방출하여 염증에 중요한 역할을 하는 면역 세포인 대식세포를 연구했습니다. 이 단백질은 염증 반응을 촉진하는 데 도움이 됩니다. 염증을 시뮬레이션하기 위해 연구자들은 실험실 실험에서 자주 사용되는 박테리아 성분인 지질다당류에 쥐의 대식세포를 노출시켰습니다. 그런 다음 세포를 멘톨(민트에서 추출), 1,8-시네올(유칼립투스에서 추출), 캡사이신(고추에서 추출), β-유데스몰(홉과 생강에서 추출)로 처리하여 각 화합물을 단독으로 테스트하거나 특정 조합으로 테스트했습니다.

유전자 발현 분석, 단백질 측정 및 칼슘 이미징을 사용하여 과학자들은 이러한 치료법이 중요한 염증 지표에 어떤 영향을 미치는지 추적했습니다. 그들은 또한 화학적, 물리적 신호를 감지하고 면역 반응과 관련된 칼슘 활동을 조절하는 세포막의 단백질인 일시적 수용체 전위(TRP) 채널을 통해 화합물이 작용하는지 여부를 조사했습니다.

일반적인 식품 화합물 간의 강력한 시너지 효과

개별적으로 테스트했을 때 캡사이신은 가장 강력한 항염증 효과를 나타냈습니다. 그러나 가장 놀라운 결과는 화합물을 결합했을 때 나타났습니다. Arimura 교수는 “캡사이신과 멘톨 또는 1,8-시네올을 함께 사용하면 각 화합물을 단독으로 사용할 때보다 항염증 효과가 수백 배 증가했습니다”라고 강조합니다.

추가 실험은 이 시너지 효과가 어떻게 작동하는지 명확히 하는 데 도움이 되었습니다. 멘톨과 1,8-시네올은 TRP 채널과 칼슘 신호를 통해 염증에 영향을 미쳤습니다. 반면 캡사이신은 TRP 채널에 의존하지 않는 다른 경로를 통해 작용하는 것으로 보입니다. Arimura 교수는 “우리는 이 시너지 효과가 우연이 아니라 서로 다른 세포 내 신호 전달 경로의 동시 활성화로 인한 새로운 작용 방식에 기반을 두고 있음을 입증했습니다.”라고 말했습니다. “이것은 식품 성분 결합의 경험적으로 알려진 효과에 대한 명확한 분자 수준의 증거를 제공합니다.”

이것이 다이어트 및 미래 건강 제품에 미치는 영향

이러한 결과는 식물 화합물의 혼합물이 일반적인 식단에서 일반적으로 섭취되는 낮은 수준에서도 의미 있는 생물학적 효과를 생성할 수 있음을 시사합니다. 이번 연구 결과는 또한 더 적은 양의 활성 성분을 사용하여 더 강력한 효능을 전달하는 기능성 식품, 식이 보조제, 조미료, 심지어 향수를 개발할 수 있는 새로운 기회를 제시합니다.

보다 광범위하게, 이 연구는 식물성이 풍부한 식단의 건강상의 이점이 개별 ‘슈퍼 화합물’에서 나오는 것이 아니라 많은 화합물이 서로 상호 작용하고 강화하는 방식에서 나올 수 있다는 생각을 뒷받침합니다.

음식과 염증을 이해하기 위한 한 단계

이러한 효과를 확인하려면 동물과 인간을 대상으로 한 추가 연구가 필요하지만, 이 연구는 일상적인 음식과 천연 화합물이 어떻게 만성 염증을 조절하는 데 도움이 될 수 있는지에 대한 보다 명확한 설명을 제공합니다. 시간이 지남에 따라 이는 장기적인 건강을 지원하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

도쿄이과대학 아리무라 겐이치로 교수에 대하여

아리무라 겐이치로 박사는 일본 도쿄이과대학 생명과학기술학과 교수입니다. 아리무라 교수가 박사학위를 취득했습니다. 1998년 히로시마 대학 대학원 졸업. 그의 연구는 생물학적 커뮤니케이션, 식물 생명공학, 식물 생태학에 중점을 두고 있습니다. 1996년부터 그는 6,600회 이상 인용된 130편의 동료 심사 논문을 발표했습니다. 그는 또한 4개의 특허를 보유하고 있으며 2023년에는 국제화학생태학회로부터 상을 받았습니다.

자금 정보

이 작업은 일본 과학 진흥회(JSPS) KAKENHI(24K01723) 및 도쿄 과학 대학 연구 보조금의 일부 지원을 받았습니다.

연구자들은 이번 발견이 비타민 D가 타우 수준을 직접적으로 감소시키거나 치매 위험을 낮추는 증거가 아니라 연관성을 보여준다는 점에 주목했습니다.

연구 저자인 아일랜드 골웨이 대학의 마틴 데이비드 멀리건(Martin David Mulligan) 박사는 “이러한 결과는 중년기의 비타민 D 수치가 높을수록 뇌에 타우 침착물이 생기는 것을 예방할 수 있으며, 비타민 D 수치가 낮다면 치매 위험을 줄이기 위해 수정 및 치료할 수 있는 위험 요인이 될 수 있음을 시사합니다”라고 말했습니다. “물론 이러한 결과는 추가 연구를 통해 추가 테스트가 필요합니다.”

장기 연구에서는 비타민 D와 뇌 바이오마커를 추적합니다.

이 연구는 초기에 치매가 없었던 평균 39세의 성인 793명을 대상으로 진행되었습니다. 연구자들은 연구 시작 시 각 참가자의 혈중 비타민 D 수치를 측정했습니다.

약 16년 후, 참가자들은 알츠하이머병의 바이오마커로 간주되는 타우 및 아밀로이드 베타 단백질의 수준을 평가하기 위해 뇌 스캔을 받았습니다. 밀리리터당 30나노그램(ng/mL)을 초과하는 비타민 D 수치는 높은 것으로 분류되었으며, 해당 임계값 미만의 수치는 낮은 것으로 간주되었습니다.

전체적으로 참가자의 34%는 비타민 D 수치가 낮았고, 비타민 D 보충제를 복용한 사람은 5%에 불과했습니다.

더 높은 비타민 D가 더 낮은 타우 단백질과 연결됨

연구진은 연령, 성별, 우울증 증상과 같은 요인을 고려한 후 몇 년 후 비타민 D 수치가 높을수록 타우 단백질 수치가 낮아지는 것을 발견했습니다.

그러나 비타민 D 수치는 뇌의 아밀로이드 베타 단백질 양과 관련이 없습니다.

Mulligan은 “이러한 결과는 중년 초기의 높은 비타민 D 수치와 평균 16년 후의 낮은 타우 부담 사이의 연관성을 시사한다는 점에서 유망하다”고 말했습니다. “중년기는 위험 요인 수정이 더 큰 영향을 미칠 수 있는 시기입니다.”

연구의 한계와 추가 연구의 필요성

이 연구의 한 가지 한계는 비타민 D 수치가 시간에 따라 추적되지 않고 단 한 번만 측정되었다는 것입니다.

하이라이트:

• 중년에 비타민 D 수치가 높았던 사람들은 나중에 알츠하이머병과 관련된 주요 지표인 타우 단백질 수치가 낮아졌습니다.
• 이 연구는 연관성을 보여주지만, 비타민 D가 치매 위험을 직접적으로 감소시킨다는 것을 증명하지는 않습니다.
• 연구원들은 비타민 D 수치와 또 다른 알츠하이머병 바이오마커인 아밀로이드 베타 사이에 연관성이 없음을 발견했습니다.
• 이러한 발견을 확인하고 뇌 건강에 있어서 비타민 D의 역할을 더 잘 이해하려면 추가 연구가 필요합니다.

이 연구는 국립 노화 연구소, 국립 신경 장애 및 뇌졸중 연구소, 아일랜드 연구 위원회 및 아일랜드 건강 연구 위원회의 지원을 받았습니다.

혼란은 화석이 형성되기 오래 전에 일어났던 사건으로 거슬러 올라갑니다. 이 동물은 수억 년 전에 부패하면서 몸이 변하여 나중에 암석에 보존했을 때 문어와 비슷하게 변했습니다.

고급 이미징으로 숨겨진 치아 발견

연구자들은 최첨단 싱크로트론 이미징을 사용하여 화석 내부를 자세히 조사했습니다. 이 강력한 기술을 통해 그들은 육안으로 볼 수 없는 작은 구조를 감지할 수 있었습니다. 암석 내부에서 그들은 모든 것을 변화시키는 작은 이빨 같은 특징을 발견했습니다.

Pohlsepia mazonensis로 알려진 화석은 문어가 아닙니다. 대신에 여러 개의 촉수와 독특한 외부 껍질을 가진 해양 동물인 현대의 노틸러스(Nautilus)와 관련된 그룹에 속합니다.

이번 연구 결과는 오늘(2026년 4월 8일)에 발표되었습니다. 왕립학회 회보 B수십 년 동안 과학자들을 어리둥절하게 만들었던 문어 진화에 대한 오랜 미스터리를 해결하세요. 이 발견은 또한 노틸로이드에서 보존된 연조직의 가장 초기 알려진 예를 제공하고 기록부에서 “가장 오래된 문어”라는 화석의 지위를 제거합니다.

부패로 인한 과학적 오인

수석 저자이자 레딩 대학교 무척추 동물학 강사인 Thomas Clements 박사는 다음과 같이 말했습니다. “세계에서 가장 유명한 문어 화석은 전혀 문어가 아닌 것으로 밝혀졌습니다. 이 화석은 노틸러스 친척으로 몇 주 동안 분해되어 묻혀 있다가 나중에 암석에 보존되었습니다. 이러한 분해로 인해 이 화석은 설득력 있게 문어처럼 보였습니다.

“과학자들은 25년 전에 폴세피아를 문어로 식별했지만 현대 기술을 사용하여 암석 표면 아래에 무엇이 있는지 보여주었고 이로 인해 마침내 케이스가 깨졌습니다. 이제 우리는 지금까지 발견된 노틸로이드에 대한 가장 오래된 연조직 증거를 보유하고 있으며 문어가 실제로 지구에 처음 등장한 시기에 대한 훨씬 더 명확한 그림을 보유하고 있습니다.

“때때로 논쟁의 여지가 있는 화석을 새로운 기술로 재조사하면 정말 흥미로운 발견으로 이어지는 작은 단서가 드러납니다.”

일리노이주 화석 재조사

이 화석은 원래 미국 일리노이주에서 발견되었으며 2000년에 처음 기술되었습니다. 과학자들은 이 화석의 특징을 팔, 지느러미 및 문어와 관련된 기타 특성의 증거로 해석하면서 두족류 진화 연구에서 빠르게 중요해졌습니다. 이로 인해 알려진 문어의 기원이 약 1억 5천만년 전으로 밀려났습니다.

시간이 지남에 따라 일부 연구자들은 이 해석에 의문을 제기했지만 최근까지 더 자세히 조사할 수 있는 신뢰할 수 있는 방법이 없었습니다. 새로운 연구에서 과학자들은 매우 밝은 광선을 사용하여 암석 내의 숨겨진 구조를 탐지하는 싱크로트론 이미징을 적용했습니다. 이 접근 방식은 3억년 전의 표본에 대해 현대 법의학 조사를 수행하는 것과 비교되었습니다.

화석 이빨은 노틸러스 정체성을 드러낸다

스캔 결과 연체동물에서 발견되는 작은 이빨이 줄지어 늘어선 리본 모양의 먹이 기관인 치설이 발견되었습니다. 이 치아의 수와 배열은 결정적인 단서를 제공했습니다. 화석은 한 줄에 적어도 11개의 이빨 같은 구조를 보여주었는데, 이는 7개 또는 9개 있는 문어와는 일치하지 않습니다. 대조적으로 노틸로이드는 일반적으로 13개를 가지고 있습니다.

이빨은 같은 장소에서 발견된 알려진 노틸러스 화석 종인 Paleocadmus pohli의 이빨과 매우 유사했습니다. 이 증거를 바탕으로 연구자들은 이 동물이 화석화되기 전에 부분적으로 분해되어 외관이 바뀌었고 더 일찍 오인하게 되었다고 결론지었습니다.

문어 진화의 새로운 타임라인

오늘날에도 여전히 살고 있는 껍질을 벗긴 해양 동물인 노틸러스는 고대 계통으로 인해 종종 “살아있는 화석”으로 묘사됩니다. 일리노이주 마존 크릭(Mazon Creek) 지역의 팔레오카드무스(Paleocadmus) 표본은 현재 화석 기록에서 가장 오래된 것으로 알려진 노틸로이드 연조직의 예를 나타내며, 이전 기록보다 약 2억 2천만년 정도 더 오래되었습니다.

이 발견은 문어 진화의 연대표를 크게 바꾸었습니다. 현재의 증거에 따르면 문어는 훨씬 나중에인 쥐라기 기간에 나타났습니다. 과학자들은 이제 문어와 팔이 10개 있는 오징어와 같은 친척 사이의 진화론적 분열을 수억 년 전이 아닌 중생대에 두었습니다.

클레멘츠 박사는 “3억년 동안 바위 속에 숨겨져 있던 한 줄의 숨겨진 작은 이빨이 문어가 언제 어떻게 진화했는지에 대해 우리가 알고 있는 것을 근본적으로 바꾸었다고 생각하는 것은 놀라운 일”이라고 말했다.

이번 연구를 주도한 투르쿠 대학의 알리레자 자마니(Alireza Zamani) 박사는 “형태학적 및 분자적 데이터를 기반으로 볼 때 이들은 가장 가까운 친척들과 너무 다르기 때문에 분류하기 위해 완전히 새로운 속을 확립해야 했고 이를 사티렉스라고 명명했습니다.”라고 설명했습니다.

Satyrex라는 이름은 다음과 같습니다. 호색가과장된 해부학으로 유명한 그리스 신화에 등장하는 반인반수 인물. 라틴어로 노호“왕”을 의미합니다.

기록적인 해부학적 특징으로 독거미를 차별화하다

특이한 이름은 놀라운 생물학적 특징을 반영합니다. “이 거미의 수컷은 알려진 모든 타란툴라 중에서 가장 긴 손발톱을 가지고 있습니다”라고 Zamani 박사는 말합니다. Palps는 수컷 거미가 짝짓기 중에 정자를 옮기는 데 사용하는 특수 부속 기관입니다.

종에서는 사티렉스 페록스그룹에서 가장 큰 개인은 다리 길이가 약 14cm에 이릅니다. 수컷의 촉수만 해도 약 5cm까지 자랄 수 있는데, 이는 몸의 앞부분보다 거의 4배 더 길고 거의 거미의 가장 긴 다리만큼 길다.

맹렬한 행동과 놀라운 방어

종명 ferox는 “사나운”을 의미하며, 그 행동은 그 설명에 부응합니다. “이 종은 방어력이 매우 높습니다. 약간의 방해만 받으면 위협 자세로 앞다리를 들고 앞다리 기부 부분에 있는 특수한 털을 서로 문질러 큰 소리를 내며 쉭쉭 소리를 냅니다.”라고 Zamani 박사는 설명합니다.

연구원들은 수컷의 과장된 길이가 중요한 생존 기능을 제공할 수 있다고 믿습니다. “우리는 긴 손바닥이 짝짓기 중에 수컷이 더 안전한 거리를 유지할 수 있게 하고 매우 공격적인 암컷의 공격과 잡아먹히는 것을 피하는 데 도움이 될 수 있다고 잠정적으로 제안했습니다.”

새로운 종의 명명 및 기존 종의 재분류

새로 기술된 종은 다음과 같습니다. 세인트 아랍어 그리고 S. 소말리쿠스발견된 지역의 이름을 따서 명명되었으며, S. 아름다운선명하고 매력적인 색상에서 이름을 따온 것입니다. 속은 또한 더 오래된 종을 포함합니다. S. 장손1903년 예멘에서 처음 기술되었으며 이전에는 다른 속으로 분류되었습니다.

“Satyrex longimanus는 길쭉한 촉수를 가지고 있음에도 불구하고 이전에 Monocentropus 속에 분류되었습니다. 여기서 수컷 촉수는 갑각 길이의 약 1.6배에 불과하며 타란툴라에서 볼 수 있는 일반적인 1.5~2배의 범위 내에 있습니다. S. longimanus의 훨씬 더 긴 촉수와 새로 기술된 4종의 종은 장소가 아닌 이 거미의 새로운 속을 확립하도록 이끈 주요 특성 중 하나입니다. 그렇습니다. 적어도 타란툴라 분류에서는 크기가 정말 중요한 것 같습니다.”라고 Zamani 박사는 결론적으로 말합니다.

지하 생활과 과학 출판

Satyrex 속의 모든 구성원은 화석입니다. 즉, 지하에서 평생을 보냅니다. 그들은 관목 바닥이나 바위 사이의 공간에 굴을 만듭니다.

이번 연구결과는 오픈액세스 저널에 게재됐다. 동물원키.

연구에 따르면 밀 글루텐과 함께 우유와 치즈에서 발견되는 주요 단백질인 카제인이 풍부한 식단을 섭취하면 콜레라 박테리아가 장에 서식할 수 있는 양이 크게 줄어드는 것으로 나타났습니다.

UCR 미생물학 및 식물 병리학 부교수이자 이번 연구의 수석 저자인 안셀 샤오(Ansel Hsiao)는 “식단이 박테리아에 감염된 사람의 건강에 영향을 미칠 수 있다는 사실은 놀랍지 않았습니다. 그러나 그 효과의 크기에 놀랐습니다.”라고 말했습니다. 세포 숙주와 미생물.

Hsiao는 “우리는 식단만으로 콜레라 집락의 양이 최대 100배나 차이나는 것을 확인했습니다.”라고 말했습니다.

콜레라 감염에 대한 다양한 식단 테스트

과학자들은 식단이 장에 사는 미생물 군집을 형성한다는 사실을 오랫동안 알고 있었습니다. 이 연구에서 연구자들은 해로운 질병을 일으키는 박테리아가 식이 변화에도 반응하는지 확인하고 싶었습니다.

이를 테스트하기 위해 그들은 감염된 쥐에게 다른 식단을 먹였습니다. 일부는 단백질 함량이 높았고, 다른 일부는 단순 탄수화물이 많았으며, 다른 일부는 지방 함량이 높았습니다. 결과는 놀라웠습니다. 고지방 식단은 감염에 거의 영향을 미치지 않았고, 탄수화물이 많은 식단은 단지 약간의 이점만 제공했습니다. 대조적으로, 유제품 단백질과 밀 글루텐이 풍부한 식단은 박테리아가 장에 정착하는 것을 거의 완전히 방지했습니다.

“고단백 식단은 균형 잡힌 식단에 비해 콜레라 ​​예방 효과가 가장 강력했습니다. 그리고 모든 단백질이 동일한 것은 아닙니다.”라고 Hsiao는 말했습니다. “카세인과 밀 글루텐이 두 가지 확실한 승자였습니다.”

단백질이 콜레라 박테리아를 무력화시키는 방법

추가 조사를 통해 이러한 단백질이 왜 그렇게 효과적인지 밝혀졌습니다. 그들은 근처 세포에 독소를 주입하는 데 사용되는 콜레라 박테리아 표면의 작은 주사기 같은 구조를 방해합니다. 6형 분비 시스템, 즉 T6SS로 알려진 이 구조는 박테리아가 다른 미생물과 경쟁하고 장을 지배하도록 돕습니다.

이 시스템이 억제되면 콜레라는 경쟁하는 박테리아를 죽이려고 애쓰며 장내 환경을 쉽게 장악할 수 없습니다.

항생제에 대한 잠재적인 저비용 대안

콜레라는 깨끗한 물에 대한 접근이 제한적인 지역, 특히 아시아와 사하라 이남 아프리카 지역에서 심각한 공중 보건 문제로 남아 있습니다. 표준 치료는 수분 보충에 초점을 맞추는 반면, 항생제는 질병을 단축할 수 있지만 남아 있는 독소를 제거하지는 못합니다.

또한 항생제 남용으로 인해 약물 내성 박테리아가 생길 수 있다는 우려도 있습니다. 항생제 내성 콜레라는 현재 널리 퍼지지는 않지만 박테리아는 빠르게 적응할 수 있으며 시간이 지남에 따라 치료 효과가 떨어질 수 있습니다.

“식이 전략은 약물과 같은 방식으로 항생제 내성을 생성하지 않습니다”라고 Hsiao는 말했습니다.

이 때문에 식이 요법은 특히 취약한 인구 집단에서 감염의 심각도나 가능성을 줄이는 더 안전하고 저렴한 방법을 제공할 수 있습니다.

“밀 글루텐과 카제인은 규제 측면에서 미생물과 달리 안전한 것으로 인식되므로 이것이 공중 보건을 보호하는 더 쉬운 방법입니다”라고 Hsiao는 말했습니다.

이것이 인간에게 의미하는 것

이번 연구 결과는 쥐 연구를 바탕으로 한 것이지만, 연구자들은 비슷한 효과가 인간에게도 나타날 수 있다고 믿고 있습니다. Hsiao는 이러한 식이 변화가 인간 장내 미생물군집에 어떻게 영향을 미치는지, 그리고 이것이 다른 감염성 박테리아로부터 방어하는 데 도움이 될 수 있는지 여부를 조사할 계획입니다.

“일부 다이어트는 다른 다이어트보다 더 성공적일 수 있지만 콜레라 이외의 병원체에 대해 이것을 시도하면 유익한 효과도 볼 수 있을 것이라고 생각합니다”라고 Hsiao는 말했습니다. “사람들의 식단을 개선할수록 사람들이 질병에 걸리지 않도록 더 많이 보호할 수 있습니다.”

수년 동안 과학자들은 캄브리아기 폭발로 알려진 다양하고 복잡한 동물의 급격한 증가가 약 5억 3500만 년 전에 시작되었다고 믿었습니다. 이 기간은 단순한 유기체에서 더욱 발전된 다양한 생명체로 극적인 변화를 가져왔습니다. 새로운 연구는 이제 이 변화가 적어도 400만년 전, 즉 에디아카라기 후기에 시작되었음을 나타냅니다.

수석 저자인 리 가오롱 박사(연구 당시 윈난 대학교, 현재 옥스퍼드 대학교 자연사 박물관)는 이렇게 말했습니다. “우리의 발견은 동물 다양화의 초기 단계에서 큰 격차를 좁혔습니다. 처음으로 우리는 일반적으로 캄브리아기에서만 발견되는 많은 복잡한 동물이 에디아카라기에 존재했음을 입증했습니다. 이는 그들이 이전에 화석 증거로 입증된 것보다 훨씬 일찍 진화했다는 것을 의미합니다.”

Jiangchuan Biota 화석은 초기 동물의 다양성을 보여줍니다

장촨(江chuan)에서 화석이 발견됐다⁽¹⁾ 연구자들이 5억 5400만년에서 5억 3900만년 전의 표본 700개 이상을 수집한 운남성의 생물군. 이 지역은 이전에 알려지지 않은 종과 캄브리아기 후기에 나타날 것으로 생각되었던 동물을 포함하여 풍부하고 다양한 에디아카라 생태계를 보여줍니다.

가장 중요한 발견 중에는 인간과 물고기와 같은 척추동물을 포함하는 주요 그룹인 후구동물의 가장 오래된 친척으로 알려진 화석이 있습니다. 이러한 발견은 이 그룹의 화석 기록을 처음으로 에디아카라기까지 확장합니다.

이 컬렉션에는 불가사리의 초기 친척과 가까운 친척인 도토리벌레(Ambulacraria)도 포함되어 있습니다.⁽²⁾). 이 유기체는 U자 모양의 몸체를 갖고 있으며 줄기로 해저에 고정되어 있습니다. 머리 근처의 촉수는 먹이를 잡는 데 사용되었을 가능성이 높습니다.

공동 저자인 프랭키 던 박사(옥스퍼드 대학교 자연사 박물관)는 다음과 같이 말했습니다. “에디아카라기에 이러한 보행류의 존재는 정말 흥미롭습니다. 우리는 이미 불가사리와 해삼의 먼 친척인 화석을 발견했으며 더 많은 것을 찾고 있습니다. 장촨 생물군에서 보행류 화석이 발견된 것은 또한 척추 동물인 척색류도 이 시기에 존재했음이 틀림없다는 것을 의미합니다.”

이상한 생물과 과도기적 생태계

다른 화석에는 벌레와 유사한 양측성 동물(양측 대칭을 가짐)이 포함되며 일부는 복잡한 먹이 전략을 보여주며 초기 빗해파리를 나타내는 것으로 생각되는 희귀 표본도 있습니다.

많은 화석은 촉수, 줄기, 부착 디스크, 뒤집어질 수 있는 먹이 구조 등 특이한 특징의 조합을 보여줍니다. 이러한 조합은 에디아카라기나 캄브리아기의 알려진 어떤 종과도 일치하지 않습니다. “예를 들어, 한 표본은 Dune에 나오는 모래벌레와 매우 흡사합니다!” Dunn 박사가 덧붙였습니다.

공동 저자인 Luke Parry 부교수(옥스퍼드 대학교 지구과학과)는 다음과 같이 덧붙였습니다. “이 발견은 과도기적 공동체를 보여주기 때문에 매우 흥미롭습니다. 즉, 에디아카라기의 이상한 세계가 캄브리아기로 바뀌고, 그 다음 시기에는 동물들이 오늘날 살아있는 그룹에 속하기가 훨씬 더 쉬워졌습니다. 우리가 이 표본을 처음 봤을 때 이것이 완전히 독특하고 예상치 못한 일이라는 것이 분명했습니다.”

오랫동안 지속되어 온 진화의 미스터리를 풀다

이번 발견은 진화 생물학의 오랜 질문에 답하는 데 도움이 됩니다. 이전의 유전학 연구와 화석 흔적은 캄브리아기 폭발 이전에 많은 동물 계통이 존재했음을 시사했습니다. 그러나 이 초기 시기의 명확한 화석 증거는 지금까지 대부분 누락되어 있었습니다.

탁월한 보존을 통해 숨겨진 세부 사항을 드러냅니다.

유기체를 사암의 단순한 인상으로 보존하는 대부분의 에디아카라 화석 유적지와는 달리, 장촨 생물군(Jiangchuan Biota) 화석은 탄소질 막으로 보존되어 있습니다. 이러한 유형의 보존은 캐나다의 버제스 셰일(Burgess Shale)과 같은 유명한 캄브리아기 화석 유적지와 더 일반적으로 연관되어 있습니다. 이를 통해 과학자들은 먹이 구조, 소화 시스템 및 운동과 관련된 기관을 포함한 미세한 세부 사항을 볼 수 있습니다.

공동 저자인 로스 앤더슨 부교수(옥스퍼드 대학교 자연사 박물관)는 다음과 같이 말했습니다. “우리의 결과는 다른 에디아카라 유적지에서 이러한 복잡한 동물 그룹이 명백히 없다는 것은 진정한 생물학적 부재라기보다는 보존의 차이를 반영할 수 있음을 나타냅니다. 장촨에서와 같은 탄소질 압축은 이 시대의 암석에서는 드물며, 이는 유사한 군집이 다른 곳에서는 단순히 보존되지 않았을 수도 있음을 의미합니다.”

수년간의 현장 조사로 획기적인 발견이 이루어졌습니다.

이 화석은 페이윤 콩(Peiyun Cong) 교수와 판 웨이(Fan Wei) 부교수가 이끄는 윈난대학교 연구팀에 의해 발견되었습니다. 이 그룹은 다양한 에디아카라 동물 화석을 찾는 데 거의 10년을 보냈습니다. 이전에 운남성 동부에서 화석이 발견되었지만, 그 화석은 조류에만 국한되어 있었고 동물의 잔해는 포함되지 않았습니다.

판 부교수는 “수년간의 현장 조사 끝에 마침내 풍부한 조류와 함께 동물 화석이 보존된 적절한 조건을 갖춘 여러 장소를 발견했다”고 말했다.

초기 연구로 이번 연구를 이끄는 데 도움을 준 베이징 중국지질과학원의 펑 탕(Feng Tang) 교수는 “새로운 화석은 에디아카라기 말기에 다양한 양측 동물이 존재했다는 가장 설득력 있는 증거를 제공하며, 이는 사람들이 수십 년 동안 찾아다녔던 증거”라고 말했다.

메모

1. ‘징추안’으로 발음됩니다.
2. Ambulacraria는 라틴어 ambulacrum에서 유래한 것으로 “나무가 심어진 산책”을 의미합니다.