학문
훤칠한나방40
우파루파 같은 양서류는 팔다리가 잘려도 다시 자라는데 왜 인간은 불가능한가요?
인간의 간이나 피부는 일부 재생이 되지만 복잡한 신체 부위는 재생되지 않는 이유가 무엇인지, 포유류의 진화 과정에서 재생능력 대신 빠른 흉터 형성을 선택하게 된 생물학적 기전이 궁금합니다.
3개의 답변이 있어요!
우파루파 같은 양서류는 세포가 만능세포 상태로 되돌아가는 탈분화를 통해 잘린 팔다리를 재생하는 것입니다.
하지만, 인간은 상처가 나면 섬유아세포가 콜라겐을 분비해 상처를 빠르게 메우는 흉터 형성(섬유화)이 일어납니다.
즉, 상처를 치유하는 방법이 다릅니다.
포유류가 진화 과정에서 재생 대신 흉터를 선택한 이유는 온혈 동물 특성상 높은 혈압과 대사율을 유지하기 위해 빠른 지혈과 감염 방지가 생존에 더 유리했기 때문입니다.
또한, 세균을 막기 위해 발달한 강한 면역계의 염증 반응이 세포 재생을 억제하고 흉터 형성을 촉진하는 방향으로 작용하게 됩니다.
게다가 수명이 길고 세포 수가 많은 포유류가 세포의 무분별한 분열을 막아 암 발생을 억제하기 위해 세포의 변형 능력을 스스로 잠근 것도 중요한 이유 중 하나이죠.
결론적으로 인간의 신체 부위 재생 불가는 빠른 지혈과 암 억제라는 생존 잇점을 얻기 위한 진화적 선택의 결과입니다.
안녕하세요, 나방40님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 우파루파 같은 도롱뇽류 양서류가 완벽하게 다리를 재생하는 반면에, 인간을 포함한 포유류가 이를 하지 못하는 이유는 진화의 과정에서 완벽한 재생 대신 감염을 막고 생존율을 높이기 위해 빠른 흉터 형성인 섬유화 전략을 선택했기 때문이랍니다.
양서류는 세포의 시간을 되돌리는 탈분화 능력을 유지하고 있지만, 포유류는 고도로 발달한 면역계와 암 발생 억제 시스템으로 인해 이 능력을 억제하는 방향으로 진화했거든요.
1. 우파루파의 비밀, 탈분화와 재생아 형성 기전
우파루파의 다리가 잘리면 잘린 단면의 피부 세포들이 상처를 덮은 뒤, 그 아래에 있는 근육과 뼈 세포들이 신비로운 변화를 일으킵니다. 생명과학에서 말하는 탈분화 현상이 일어나는 것인데요. 이미 특정 조직으로 분화가 끝난 세포들이 스스로 자신의 기억을 지우고 줄기세포와 같은 상태로 되돌아가는 원리입니다. 이 탈분화된 세포들이 상처 부위에 뭉쳐서 새롭게 자라나는 조직 덩어리를 재생아라고 부르는데요. 재생아 내부의 세포들은 마치 엄마 뱃속에 있는 배아 상태처럼 활발하게 분열하며 신경, 혈관, 뼈, 근육으로 정확하게 다시 분화하여 원래와 완벽히 똑같은 형태의 다리를 만들어냅니다. 이때 대식세포를 비롯한 양서류의 면역계는 상처 부위의 염증을 최소화하고 재생이 잘 일어날 수 있도록 돕는 유연한 환경을 조성한답니다.
2. 인간의 선택, 감염을 막는 빠른 섬유화
인간에게 다리 절단과 같은 큰 상처가 나면, 우리 몸은 세포를 되돌릴 시간적 여유가 없습니다. 포유류는 체온을 일정하게 유지하는 온혈동물이기 때문에 상처가 열려 있으면 다량의 출혈이 발생하고, 따뜻한 피를 좋아하는 박테리아와 세균에 노출되어 패혈증으로 몇 시간 안에 목숨을 잃을 수 있거든요. 따라서 인간의 몸은 재생 대신 지혈과 감염 방지를 최우선으로 삼는 섬유화 과정을 밟게 된 것입니다. 상처가 나자마자 대식세포와 면역 세포들이 강한 염증 반응을 일으키며 외부 침입자를 막아내고, 그 뒤를 이어 섬유아세포들이 콜라겐이라는 단백질 줄을 촘촘하고 빠르게 엮어 상처를 밴드처럼 땜질해 버립니다. 이것이 바로 우리가 흔히 말하는 흉터입니다. 이 흉터 조직은 상처를 아주 빠르게 밀봉해 목숨을 구해주지만, 뼈나 근육 세포가 다시 자라날 수 있는 길을 물리적으로 꽉 막아버리기 때문에 완벽한 재생은 불가능해집니다.
2. 암 발생 억제와 고도화된 면역계의 트레이드 오프
진화생물학적 관점에서 포유류가 재생 능력을 잃어버린 또 다른 결정적인 이유는 암을 예방하기 위함이에요. 세포의 분화를 되돌려 재생아를 만들고 급격하게 세포 분열을 제어하는 능력은, 통제를 잃고 무한히 증식하는 암세포의 특징과 유전적으로 매우 닮아 있지요. 수명이 길고 세포 수가 많은 포유류는 세포 분열 과정에서 돌연변이가 생겨 암에 걸릴 확률이 양서류보다 훨씬 높은데요. 그 결과 인간의 몸은 유전자의 손상을 감시하는 p53 단백질 시스템 등 종양 억제 메커니즘을 극도로 발달시켰답니다. 세포가 원래의 성질을 잃고 맘대로 분열하려 하면 암으로 변하기 전에 세포 노화를 유도하거나 스스로 죽게 만드는 시스템입니다. 즉, 암에 걸려 죽는 위험을 피하기 위해 세포의 역분화 가능성을 차단하고 완벽한 신체 재생 능력을 포기하는 진화적 거래를 한 셈이지요.
정리하자면,
우파루파 같은 양서류는 세포를 줄기세포 상태로 되돌리는 탈분화와 재생아 형성을 통해 완벽한 다리 재생이 가능하지만, 인간을 포함한 포유류는 고온 다습한 체내 환경으로 인한 치명적인 세균 감염과 과출혈을 막기 위해 콜라겐으로 상처를 빠르게 밀봉하는 섬유화 및 흉터 형성 전략을 발달시켰으며, 수명이 긴 포유류의 특성상 무분별한 세포 분열로 발생할 수 있는 암의 위험성을 차단하고자 강력한 종양 억제 기전을 진화시키는 과정에서 완벽한 사지 재생 능력을 상실하게 되었습니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
우파루파는 손상 후 줄기세포와 유사한 세포가 모여 조직을 다시 만드는 능력이 뛰어나지만, 인간은 감염과 출혈을 빠르게 막기 위해 흉터를 형성하는 방향으로 진화했습니다. 피부와 간은 일부 재생이 가능하지만 팔다리처럼 복잡한 구조는 재생 신호가 제한적이라 완전한 복원이 어렵습니다.