안녕하세요. 김지호 전문가입니다.
Q. 유전자 조작으로 인간보다 두뇌가 뛰어난 동물을 개조하는게 가능할까요
안녕하세요.질문주신 것처럼 유전자 조작을 통해 인간보다 더 지능이 높은 동물을 만드는 것이 이론적으로는 가능하나, 아직 현재 기술 수준과 과학적·윤리적 한계를 고려하면 매우 어려운 일입니다. 인간의 고도 지능은 수천 개의 유전자와 그 조합, 발현 시기, 뇌 구조의 발달 등이 정교하게 상호작용해서 형성된 결과인데요, 특히 인간은 대뇌피질, 특히 전전두엽이 고도로 발달해 있어 계획, 판단, 언어, 창의적 사고가 가능합니다. 일부 유전자는 지능과 관련이 있는 것으로 알려져 있지만, 지능은 단일 유전자가 아닌 복합 유전자형(polygenic trait)으로 구성되어 있어 단순하게 조작하기 어렵습니다. 유전자 조작으로 지능을 향상시킨 동물 사례로 실험적 수준에서는 일부 성공 사례가 있는데요, Smart Mouse는기억력과 학습 능력을 향상시키는 NR2B 유전자를 삽입한 생쥐로 미로 학습에서 일반 생쥐보다 훨씬 나은 성과를 보였습니다. 다음으로 FOXP2 유전자 삽입 원숭이는 인간의 언어와 관련된 유전자인 FOXP2를 넣은 원숭이는 인지능력이 향상되었으며, 일부 소리 표현 능력도 달라졌다는 연구도 있습니다. 하지만 이들은 부분적 기능 향상에 불과하며, 인간과 같은 수준의 언어, 창의력, 사고력은 갖추지 못합니다. 또한 두뇌의 크기, 신경세포 수, 연결망 복잡도는 유전자뿐 아니라 자궁 내 발달 환경, 두개골 크기, 대사량(에너지 공급) 등 다양한 요소에 의해 결정되는데요 예를 들어, 침팬지는 유전적으로 인간과 98~99% 유사하지만, 대뇌피질의 주름과 크기, 시냅스 밀도 등이 다르기 때문에 인간과 같은 사고를 할 수 없으며 유전자 조작만으로는 이 구조적인 한계를 완전히 극복하기 어렵습니다.
Q. 사람 몸에 털이 있는 이유가 궁금 합니다.
안녕하세요.질문주신 것과 같이 사람 몸에 나는 털(체모)은 요즘 시대에는 눈에 띄게 줄어들고 일부는 제모되기도 하지만, 인류의 진화 과정에서 중요한 생리적·생물학적 기능을 수행해왔는데요, 사람의 털은 단순히 ‘남는 흔적’이 아니라, 다양한 적응적 이유와 기능적 목적을 가지고 있습니다. 우선 사람의 털은 진화의 흔적인데요, 인간은 약 600만 년 전 침팬지와 공통 조상을 공유했으며, 그 당시에는 온몸에 털이 빽빽했던 유인원형의 모습이었습니다. 그런데 오늘날 인간은 대부분의 털을 줄이고, 일부 부위에는 유지하게 된 것은 진화 과정에서 인간이 두 가지 상반된 선택압에 동시에 적응했기 때문인데요, 몸의 털이 줄어든 이유는 체온 조절을 위한 것입니다. 인류가 아프리카의 뜨거운 초원 지대에서 직립보행을 하며 진화하면서, 가장 중요한 생존 문제는 바로 과열(과도한 체온 상승)이었습니다. 빽빽한 털은 햇빛을 막아주는 장점도 있지만, 땀 배출을 방해해서 열을 식히는 데 불리한데요, 이에 인간은 땀샘이 발달하고 털을 줄이는 방향으로 진화함으로써, 장시간 달리고 땀으로 열을 식히는 전략을 취한 것입니다. 이로 인해, 인간은 지구상에서 가장 땀을 잘 흘리는 포유류가 되었고, 체모는 줄고 땀샘은 증가한 형태로 진화했습니다.그럼에도 일부 부위에 털이 남아있는 이유는 완전히 털을 없애지 않고, 특정 부위에는 털을 유지하거나 굵은 털(종종 성호르몬에 의해 조절됨)을 유지한 데에는 감각 기능 (Sensory function)과 관련있는데요, 팔, 다리, 겨드랑이 등에는 촉각을 감지하는 기능이 있으며 털의 뿌리에 있는 신경말단이 외부 접촉을 민감하게 감지합니다. 또한 겨드랑이, 음부 등 마찰이 심한 부위에는 피부 보호 역할을 하는데요, 성기의 털은 세균이나 먼지의 직접적인 침입을 막는 역할도 합니다.
Q. 암세포가 치료에 저항성을 갖게 되는 과정에서, 진화론적 관점에서 어떤 선택압과 유전적 변이가 주로 작용하나요?
안녕하세요.암세포를 단순한 세포 증식의 오류가 아닌, '진화하는 생물학적 시스템'으로 바라보는 관점은 최근 암 생물학에서 가장 중요한 패러다임 중 하나인데요, 암세포의 치료 저항성을 중심으로, 진화론적 선택압(selection pressure)과 유전적 변이(genetic variation)가 어떻게 작동하는지를 설명드리자면, 우선 암은 진화하는 집단입니다. 암은 유전적으로 이질적인 세포들의 군집인데요, 이들 사이에는 유전적/표현형적 다양성이 존재하며, 이는 마치 자연선택이 작용하는 작은 생물군집처럼 행동합니다. 즉암세포 집단은 변이 + 경쟁 + 선택 + 유전 가능성을 거쳐 진화하는 것입니다. 치료 저항성의 선택압과 유전적 변이 메커니즘에 대해 설명해보자면 우선 유전적 변이의 원천은 염기 돌연변이 (point mutation), 유전자 복제수 변화 (copy number variation, CNV), 염색체 재배열 (translocation, inversion)이 있으며, 이러한 유전적 다양성은 암세포 집단 내에서 우연적으로 치료 저항성을 가진 소수의 변이 세포가 출현할 수 있도록 만듭니다. 항암제, 방사선, 면역치료는 암세포에 대해 강한 선택압인데요, 이때 저항성을 가진 세포만 살아남아 증식합니다. 이러한 치료 후 생존은 진화 생물학에서 말하는 '병목 효과(bottleneck)'를 형성하며, 결과적으로, 전체 암세포 군집이 더 저항적인 방향으로 진화하게 됩니다. 즉 항암치료는 단순한 제거가 아니라, 암세포의 진화 방향을 유도하는 생태학적 자극입니다. 암세포 진화의 생태학적 특성에 대해 말씀드리자면 암 조직은 이질적인 미세환경(tumor microenvironment, TME)을 가지고 있으며, 이 역시 선택압을 형성하는데요, 산소 부족 (저산소 상태, hypoxia)은 산소에 의존하지 않는 대사 시스템을 가진 세포를 선택하고 면역세포 공격에서는 면역 회피 능력을 가진 세포 선택되며, 이러한 요인이 암세포의 적응진화(adaptive evolution)를 유도합니다.
Q. 해양 생물들은, 수족관이 생명유지에는 더 좋은 환경일까요?
안녕하세요.수족관 같은 인공 환경이 해양 생물의 생명 유지와 개체 보존에 더 좋은지에 대해 생각해보자면 우선 안정된 생존 조건을 제공한다는 장점이 있는데요, 물 온도, 염도, 산소 농도, 조도(빛) 등 모든 환경 조건이 자동으로 조절되며 질병 관리, 외부 포식자 없고, 안정된 먹이 공급 가능합니다. 이는 자연에서는 불확실한 요소들이며, 특히 환경 오염이 심한 연안이나 항만 지역보다 훨씬 깨끗한 물질 순환 시스템을 갖추고 있습니다. 예를 들어서 산호초는 온도에 민감해서 바다 온도가 1~2도만 올라가도 백화현상이 생기며, 수족관에서는 1°C 이내의 정밀한 온도 조절이 가능해 생존율을 높일 수 있습니다. 하지만 수족관의 한계도 분명한데요, 우선 행동 자유도와 공간 제약이 있습니다. 해양 생물들은 넓은 바다에서 수십~수백 km를 이동하는 것이 자연스러운 행동인데요, 수족관에서는 심각한 공간 제한으로 스트레스와 비정상 행동(돌기, 반복 행동, 무기력 등)이 관찰됩니다. 특히 돌고래, 범고래, 상어, 바다거북처럼 넓은 이동반경을 갖는 종은, 비좁은 공간에서 장기 생존하면 뇌 기능 퇴화, 수명 단축 등이 보고되기도 합니다. 또한 사회적·생태적 다양성 부족이 있을 수 있는데요, 야생에서는 다른 종과의 상호작용, 짝짓기 경쟁, 먹이 경쟁 등 다양한 생태적 활동이 일어나지만, 수족관에서는 대부분 제거됩니다. 일부 종은 이런 상호작용 없이 정상적인 면역과 발달을 유지하기 어렵습니다. 수족관이 개체 보존에 유리한 경우도 있는데요 멸종 위기종 보존입니다. 인간의 남획, 기후 변화, 바다오염 등으로 서식지에서 살아남기 힘든 종은 수족관이 보존과 번식, 유전자 유지의 대안적 공간이 될 수 있습니다.
Q. 구멍에대해궁금해서질문합니다..
안녕하세요.질문해주신 ‘멜의 구멍(Mel’s Hole)’은 미국 워싱턴 주 엘렌스버그 근처에서 보고되었다는 도시 전설 혹은 괴담에 해당하는 이야기인데요, 이 이야기는 1997년에 미국의 유명한 초자연 방송 프로그램인 "Coast to Coast AM"에 한 인물 ‘멜 워터스(Mel Waters)’가 전화를 걸면서 시작되었습니다. 구멍은 워싱턴 주의 엘렌스버그 외곽, 개인 소유지 안에 있다고 주장되며 끝이 없는 구멍처럼 보이며, 줄을 수백~수천 미터 늘어뜨려도 바닥에 닿지 않았다고 하는데요,이후에도 멜은 몇 차례 더 방송에 출연하며, 치유 능력, 시간 왜곡, 생물학적 이상현상 등 다양한 이야기를 덧붙였습니다. 현재까지 멜이라는 인물이나 그의 구멍의 실체가 공식적으로 확인된 바는 없는데요, 정부기록, 지질조사, 위성사진 등에서도 그러한 이례적 지형은 발견되지 않았습니다. 또한 방송 이후 많은 사람들이 해당 지역을 탐사했지만, 구체적인 좌표조차 알려진 적이 없었습니다. 지구상에서 사람이 뚫을 수 있는 구멍 중 가장 깊은 것은 러시아의 콜라 초심부 시추공(Kola Superdeep Borehole)으로 약 12.2km인데요, 이 깊이에서도 지열과 압력 때문에 더 이상 뚫을 수 없을 정도입니다. 따라서 누군가 개인적으로 뚫은 구멍이 "끝이 없다"거나 "동물을 살려서 돌려보낸다"는 것은 현실적으로 불가능한 주장입니다. 또한 죽은 동물이 살아돌아오는 현상 역시 과학적으로 완전히 부정되는데요, 생명 현상은 단순히 공간이나 전자기적 현상으로 되살아날 수 없습니다.