최초의 동물은 오늘날 바다에 사는 해면과 같은 포식자이거나 여과섭식자였습니까? 산호초를 만드는 산호와 같은 조류와의 공생은 어떤 역할을 합니까? 하이델베르그 대학의 Thomas W. Holstein 교수가 이끄는 연구팀은 말미잘의 발달을 연구했습니다. 그들의 놀라운 발견은 약탈적인 생활 방식이 말미잘의 진화를 형성했으며 신경계의 기원에 큰 영향을 미쳤다는 것을 보여주었습니다.
그림은 요각류 Tisbesp의 갑각류 유충(녹색)을 잡아먹는 말미잘 Aiptasia(청색 핵과 녹색 독침 세포)의 초기 평면 유충 단계를 보여줍니다. 이미지 출처: Ira Mägele 및 Ulrike Engel
연구자들은 작은 말미잘 Aiptasia의 어린 생활 단계(유충)가 조류에 의존하지 않고 적극적으로 살아있는 먹이를 사냥한다는 것을 보여줄 수 있었습니다. 먹이를 잡기 위해 말미잘 유충은 특수한 쏘는 세포와 간단한 뉴런 네트워크를 사용합니다.
위 형성은 다세포 생물의 초기 배아 발달 과정에서 중요한 역할을 합니다. "가장 간단한 위관은 장과 입이 있는 애벌레 단계를 형성하는 속이 빈 세포 공(배반포)에서 발생합니다. 한쪽에서 안쪽으로 공을 밀어 넣는 것을 상상해 보세요. 모든 동물은 이 위 기관 단계를 거치며 이 단계는 아마도 동물 진화의 초기 단계에도 있었을 것입니다."라고 루페르토-카롤라 생물학 연구 센터(COS)의 발생 및 진화 생물학자인 홀스타인 교수는 설명합니다.
사진은 작은 말미잘 Aiptasia(청록색 코어)의 유충과 요각류 Tisbesp의 섭취된 갑각류 유충(녹색)을 보여줍니다. 이미지 출처: Ira Mägele 및 Ulrike Engel
Ira Mägele(그의 연구 그룹 구성원)은 말미잘 유충이 위 후기 단계부터 적절한 크기의 먹이를 쏘는 세포로 포획하여 입으로 삼키고 원시 장에서 소화할 수 있음을 입증하는 데 성공했습니다.
Aiptasia 말미잘은 산호와 기타 자포동물의 내부 공생을 연구하기 위한 모델 시스템입니다.
Thomas-Holstein은 "산호는 영양이 부족한 물에 살고 유충 또는 어린 폴립은 Symbiodinium 세포를 차지합니다"라고 말합니다. "그러나 성충에게 중요한 이 과정은 유충의 성장과 정착으로 이어지지 않습니다. 이는 영양이 수명주기의 마지막을 향한 중요한 단계임을 암시합니다."
영양 상태에 대한 실험실 연구에 따르면 어린 청어 유충의 먹이는 충분히 작아야 하며 살아 있어야 합니다. Tisbe 요각류의 갑각류 유충은 Aiptasia 유충과 크기가 비슷하고 50~80 마이크론 더 작아 이상적인 먹이가 됩니다.
유충은 기질에 정착하고 일차 폴립으로 변태하기 전에 계속 빠르게 성장합니다. Ira Mägele는 "이런 방식으로 우리는 성숙한 산호 폴립과 그 자손을 처음으로 성장시켰습니다"라고 설명합니다.
"Aiptasia의 수명주기를 종료함으로써 이 중요한 내부 공생 모델 유기체의 기능적 연구에 필요한 분자 유전 실험을 수행하는 것이 마침내 가능해질 것입니다"라고 오스트리아 비엔나 대학의 참여 연구원인 Elisabeth Hampton 박사는 강조합니다.
뮌헨 루트비히-막시밀리안 대학교의 아니카 구세(Annika Guse) 교수도 이번 연구의 공동저자 중 한 명입니다. 그녀는 이 실험 방법이 이 모델 시스템 연구의 획기적인 발전이라고 믿습니다.
홀스타인 교수가 강조했듯이, 얻은 데이터는 약탈적인 생활방식이 자포위 기관의 주요 특징이라는 새로운 그림을 보여줍니다. 진화론자 에른스트 헤켈(Ernst Haeckel, 1834-1919)은 처음으로 "위 기관 가설"을 제안했습니다.
"그러나 헤켈의 가상 위 기관은 스펀지처럼 입자를 걸러내는 생명체였습니다. 이와 대조적으로 앱타시아와 다른 자포동물의 포식성 위관은 먹이를 잡는 데 특화된 독침 세포를 가지고 있습니다."
하이델베르그 생물학자는 독소를 배설하고 단세포 유기체와 단순한 벌레에서도 발견되는 외인성 소기관을 갖춘 위장 벌레와 유사한 약탈적 생활 방식이 다세포 유기체의 초기 진화와 복잡하고 조직화된 신경계 발달의 핵심 동인이었을 수 있다고 덧붙였습니다.