거북이가 기온에 따라서 성별이 달라질 수 있는 원리는 무엇인가요?
안녕하세요. 거북이는 주변 환경의 온도에 따라서 성별이 결정된다고 알고 있는데 어떻게 인간과는 다르게 온도에 따라서 성별이 결정될 수 있는 것인지 원리가 궁금합니다.
안녕하세요.
질문해주신 것과 같이 거북이에서 기온에 따라 성별이 달라지는 현상은 온도 의존적 성 결정(TSD, Temperature-dependent Sex Determination)이라는 메커니즘 때문인데요 이는 일부 파충류, 어류, 양서류에서 나타나며, 인간처럼 X·Y 염색체로 성별이 고정되는 방식과는 전혀 다른 원리입니다. 인간과는 다르게 거북이는 수정 당시에는 성별이 이미 유전자적으로 확정되지 않는데요, 알이 부화하는 동안의 온도가 특정 시기에 성별 결정 유전자의 발현을 조절하며 특히 배아 발달 중간 단계(성 결정 민감기)에 온도가 변하면, 성호르몬 합성 경로나 관련 효소의 활성에 차이가 생겨 성별이 달라집니다. 온도가 성별을 결정짓는 메커니즘에서 주요 요소로 작용하는 것은 방향성 스테로이드 전환 효소(아로마타제, Aromatase)인데요, 아로마타제는 남성 호르몬(안드로겐)을 여성 호르몬(에스트로겐)으로 바꾸는 효소입니다. 높은 부화 온도 → 아로마타제 활성 증가 → 에스트로겐↑ → 암컷 발생 확률 높고 반대로 낮은 부화 온도 → 아로마타제 활성 감소 → 테스토스테론 유지 → 수컷 발생 확률 높습니다. 즉 인간의 경우에는 수정 순간 X·Y 염색체 조합으로 성별 고정 → 환경 온도와 무관하지만 거북이의 경우에는 성 결정 염색체가 없거나 기능이 약하고, 환경 요인이 발달 중 성 결정 경로를 직접 조절하게 되는 것입니다.
1명 평가거북이는 유전자가 아닌 알이 부화하는 동안의 주변 온도에 따라 성별이 결정되는 온도 의존성 성결정(TSD)을 따릅니다. 이는 성별 결정에 관여하는 유전자가 환경, 특히 온도에 반응하여 발현되기 때문입니다. 일반적으로 특정 온도 범위(전환 구간)를 기준으로 온도가 높으면 암컷으로, 낮으면 수컷으로 발달하게 됩니다. 이 메커니즘은 호르몬 조절과 관련이 있으며, 온도가 특정 효소의 활성도를 변화시켜 성 호르몬의 균형에 영향을 주기 때문에 나타납니다.
거북이의 성별이 온도에 따라 결정되는 현상은 '온도 의존적 성결정' 때문입니다.
다시 말해 인간처럼 유전적으로 성별이 정해지는 것이 아니라 거북이의 경우 배아가 발달하는 특정 시기의 온도에 따라 성호르몬 생성에 영향을 미쳐 성별이 결정되는 것이죠.
좀 더 자세히 말씀드리면 거북이의 성별은 알이 부화하는 배란 이후 일정 시기의 온도에 따라 결정됩니다. 이 시기의 온도가 특정 범위를 벗어나면 성별을 결정하는 유전자의 발현이 달라지고, 이는 특정 성호르몬의 생성으로 이어져 생식샘이 난소 또는 정소로 발달하게 만듭니다.
그래서 보통 31도 이상의 높은 온도에서는 아로마타아제라는 효소가 활성화되는데, 이 효소는 남성호르몬인 테스토스테론을 여성호르몬인 에스트로겐으로 전환하는 역할을 합니다. 에스트로겐의 농도가 높아지면 난소 형성이 촉진되어 암컷이 되는 것입니다.
반면 27.7도 이하의 낮은 온도에서는 아로마타아제 효소의 활성이 억제됩니다. 따라서 테스토스테론이 에스트로겐으로 전환되지 않고, 테스토스테론 농도가 높아져 정소 형성이 촉진되어 수컷이 됩니다.