[위즈덤 네이처] 모든 척추동물의 시발점, ‘배아’에 대하여

[ 위즈덤 아고라 / 이민채 기자] 지구상 모든 살아있는 생명체는 형태도, 행동도, 발달하는 과정도 다르다. 특히 고도의 지능으로 사회를 이루고 살고 있는 인류는 100만 마리 넘는 종의 척추동물을 비롯한 지구의 다양한 생물과 한눈에 봐도 다르다. 하지만, 모든 생물들의 기초가 되는 배아를 보면 굉장히 비슷하다. 

배아(Embryo)란 발생, 즉 생명이 생겨나는 과정의 초기단계에 생식세포인 정자와 난자가 결합해 만들어진 수정란을 뜻한다. 모든 인간과 척추동물은 세포 분열을 통해 배아 형태로 어미의 자궁에서 발달한다. 인간과 척추동물뿐만이 아니라 식물의 기초가 되는 씨앗도 사실 종자 속에 배아를 갖추고 있으며, 이 배아로부터 식물이 자라게 된다. 

인간 배아의 구조와 발달 과정을 살펴보자면, 배아는 난자가 수정된 지 8주 후까지 다섯 단계를 거쳐 성장한다. 참고로 8주 이후에는 배아가 아니라 태아라고 불린다. 

인간 배아는 발생학의 대표적인 ‘카네기 발생기’에 따라 발달 과정이 정리된다. 카네기 발생기는 60일간 인간 배아의 발생 과정을 스물세 단계로 분계 해 나타낸 것으로, 발생학에서 대표적으로 쓰이는 체계다.

놀라운 점은 우리 인간의 신체도 한 번은 꼬리와 아가미를 갖춘 형태였다는 사실이다. 사진에서 볼 수 있듯이 인간 배아에서는 카네기 16단계까지 꼬리와 아가미 구조의 형태를 찾을 수 있다. 이 아가미와 꼬리가 발달하는 이유는 꼬리를 조작하는 유전자(Wnt-3a gene)와 여러가지 다른 유전자를 갖고 있기 때문이다. 하지만 우리가 알다시피 아가미와 꼬리는 배아에서 태아로 발달하는 사이 사라지고 꼬리뼈로 남는다. 진화 생물학자들은 이러한 현상은 약 5억 년 전부터 시작된 척추동물의 진화와 관련이 있다고 주장하고 있다.

꼬리가 생기는 배아 시기, 초기에 가장 먼저 발생하는 신체 구조는 심장이다. 카네기 14단계의 배아 사진에서 볼 수 있는 가슴 부분에 있는 작고 흰 덩어리인 심장은 바로 인간의 몸과 생명을 평생 책임지는 가장 중요한 장기 중 하나다. 심장이 장기 중 첫 번째로 발생하는 이유는 배아의 세포가 계속 분열하면서 세포 수가 많아지니 한 특화된 장기가 영양소분과 배설물을 흡입하고 배출하는 걸 돕기 위해서다.

한편, 동물 배아는 인간 배아와 거의 다름이 없어 보이는 형태로 발생을 시작하지만 똑같이 60일을 지나 태아가 되면서 신체 구조가 달라진다. 위 제공된 사진에서 볼 수 있듯이 조류, 파충류, 어류, 포유류의 배아는 초기인 1단계에서 거의 동일한 형태를 갖추지만 단계를 거치면서 다른 신체 구조를 가지게 된다.

배아 1단계를 보면 출생 후에도 아가미와 꼬리를 가지는 어류 배아뿐만이 아니라 인간을 비롯한 다른 척추동물들도 아가미와 꼬리가 있다는 점을 찾을 수 있다. 자라, 닭, 돼지, 소, 토끼도 전부 출생 후에는 아가미를 가지지 않는데도 배아 초반에는 가지고 있다.

이런 특징은 척추동물의 생물의 진화 양상을 고스란히 보여준다. 조류, 파충류, 어류, 포유류를 동반한 모든 척추동물은 같은 조상을 가지고 있으며 약 5억 년 전에 존재하던 것으로 예상할 수 있다. 

초기 배아 시기에 아가미와 꼬리의 존재는 상동성을 나타내는 상동 기관이다. 상동 기관은 인간의 팔과 짐승의 앞다리, 그리고 새의 날개와 같이 모양과 기능은 다르지만 해부학적 구조가 비슷한, 즉 같은 조상으로부터 전해져 온 신체 기관을 뜻한다. 그러므로 모든 배아가 아가미와 꼬리를 가지고 있었다는 점을 분석해 보면 이들의 조상은 물속에서 활동하는 생물이었다는 것도 예상할 수 있다. 

이처럼 인간뿐만이 아닌 다양한 생물의 발생학은 현재에 이르기까지 일어난 진화를 이해하는 데에 아주 중요하다. 발생학은 생물마다 신체 구조의 발생을 이해하는 데도 도움이 된다. 게다가 무엇보다 중요한 생명의 탄생을 연구하는 것도 발생학에서 다루는 일이며 아직까지도 과학자들이 연구하고 있는 배아 연구와 배아 줄기 세포 같은 측면에도 큰 도움을 줄 것으로 예상된다.

[위즈덤 네이처] 모든 생명체는 탄생부터 소멸까지 끊임없이 변화하고 발전합니다. 인류의 진화과정은 물론, 동·식물이 자라고 발달하는 개체 발생 과정을 연구하면 생명의 본질에 다가갈 수 있습니다. 위즈덤 아고라 이민채 기자의 ‘위즈덤 네이처’로 발생 생명학의 세계를 만나 보세요.