사마귀를 죽음에 이르게 하는 연가시의 놀라운 방법
유전자 도둑질하는 연가시
[객원 에디터 6기 / 최하연 기자] 많은 기생 생물은 숙주의 형태나 행동을 변화시키는데, 이에 대한 대표적인 예로 연가시가 있다. 연가시는 수중에서 부화하여, 수생곤충에 기생한다. 기생한 수생곤충이 성충이 되어, 육지에서 최종 숙주인 사마귀에 잡아먹혀, 연가시는 사마귀 체내에서 성장한다. 성충이 된 연가시는 최종적으로 숙주인 사마귀를 조종하여, 물에 유도하여 익사시킨다. 항문이나 상처 구멍, 입과 같은 몸의 구멍을 통해 연가시가 나와, 물속에서 번식하여 연가시의 일생은 끝난다.
연구진은 2023년 10월 19일에, 연가시가 숙주의 체내 화학물질을 모방한 것이 숙주의 신경전달물질과 똑같이 작용한다는 것을 발견하였다는 논문을 발표하였다. 기생 생물인 연가시 (Chordodes fukuii)와 그 숙주인 사마귀 (Tenodera angustipennis)의 유전자 코드를 조사한 결과, 연가시의 유전자는 사마귀를 자살로 이끄는 조종 중에 약 3,200종의 발현이 상승하여, 많은 단백질을 만드는 반면, 약 1,700종의 발현이 저하되는 특이적 변화가 있었다. 반면 사마귀의 유전자에는 거의 변화가 없었다.
연구진은 이것을 통해 연가시가 유전자 수평 전파라는 방법으로 사마귀의 유전자를 훔치고 있다는 것을 추측하였다. 이 추측은 연가시에서 사마귀의 유전자와 매우 높은 유사성을 가진 1420개의 유전자의 발견으로 인해 입증되었다.
유전자는 부모에서 자식으로 수직적으로 받는 것이 일반적이지만, 연가시는 사마귀의 유전자를 수평적으로 물려받은 셈이다. 이러한 서로 다른 개체 간의 유전자 수평 전파는 바이러스 등의 단세포 생물에서는 흔히 볼 수 있지만, 연가시 등의 복잡한 다세포 생물에서는 드물다.
연구진은 연가시가 한 번에 많은 양의 유전자를 훔치는 것이 아니라 조금씩 훔친 유전자가 여러 세대에 걸쳐 축적되어 숙주를 세뇌하는 데 필요한 도구가 된 것이라고 생각하고 있다. 연구팀은 훔치어진 유전자가 사마귀의 뇌를 조종하는 메커니즘을 밝히기 위해, 더 자세한 분석을 하였다. 그 결과, 연가시의 유전자 변화와 관련이 있을 수 있는 세 가지의 메커니즘이 밝혀졌다.
첫 번째는 도파민과 같은 신경전달물질을 조작하는 메커니즘이다. 조종된 사마귀는 조종되지 않은 사마귀에 비해 도파민이 더 많이 분비되고 있는 것으로 나타났다. 지금까지의 연구에 의해 도파민은 인간과 똑같이 곤충의 움직임이나 의욕을 자극하는 것으로 알려져 있다.
두 번째는 사마귀가 수면에 반사된 빛을 향하여 이동하도록 촉진하는 유전자가 연가시에 의해 활성화하는 메커니즘이다. 고베대학, 히로사키대학, 나라여자대학, 국립 창화 사범대학으로 구성된 연구진은 우선 실내에서 연가시에 기생된 사마귀와 기생되지 않은 사마귀가 수평 편광과 편광 되지 않은 빛 중 어느 쪽으로 유인되는지 밝기를 바꾸며 실험하였다. 그 결과 기생된 사마귀는 특히 2,000룩스 이상에서 수평 편광을 택하는 경향이 있었다. 수직 편광에서는 밝기나 기생 유무를 불문하고 편광을 선택하는 경향은 나타나지 않았다. 이를 통해 기생된 사마귀는 수평 편광에 끌리는 것으로 나타났다.
기생된 사마귀가 실제로 수평 편광을 강하게 반사하는 연못에 들어가는지 조사한 기록이 있다. 예시로 야외 비닐하우스 내에 바닥이 깊고 검지만 수평 편광 반사가 강한 연못과 얕고 밝고 수평 편광을 거의 반사하지 않는 연못을 마련하여 양쪽 사이의 나무에 사마귀를 뿜게 되었고, 결국 연못에 뛰어든 16마리 중 14마리가 전자로 들어갔다. 연가시가 교묘한 전략을 획득하여 금방 말라버리는 웅덩이를 피하여 번식하고 있음을 알 수 있다.
마지막은 사마귀의 생체 시계와 관련된 유전자 변화이다. 연가시는 수면에 반사되는 빛을 찾기 쉬운 낮에 숙주를 활동적으로 만드는데, 숙주가 활동적일수록 물에 빠지기에 적합한 장소를 찾기 쉬워지기 때문이다. 다행히 캘리포니아대 종합 해충 관리프로그램(IPM)에 따르면 연가시가 인간을 세뇌하였다는 보고는 없다. 그러나 만약 고라니에 기생된 곤충을 먹었을 경우, 최악의 상황은 가벼운 복통을 일으키는 정도일 것이라고 한다. 고로 연가시가 모방하고 조종할 수 있는 것은 사마귀뿐만이며 다른 곤충이나 포유류를 조종할 수는 없다.
