Nature Ecology and Evolution 저널에 새로 발표된 게놈 연구는 오징어와 갑오징어인 "십완두족류"의 진화 역사에 대한 최초의 체계적인 개요를 제공하며, 이들이 심해에서 유래하여 약 1억년 전에 급속히 다양화되었으며, 공룡 멸종 후 오랜 회복 기간 동안 "긴 리드" 패턴을 따라 다양화 폭발을 완료했음을 밝혔습니다.
오징어와 갑오징어는 즉각적인 색 변화 위장술과 제트 추진력 등 기이한 능력으로 유명하지만, 오랫동안 과학자들은 희박한 화석 기록과 흩어져 있는 게놈 데이터로 인해 그들의 진화 계통을 재구성하는 데 어려움을 겪었습니다. 오키나와 과학기술대학교(OIST)가 주도한 새로운 연구는 기존 데이터베이스를 통합하고 새로 서열화된 오징어 게놈 3개를 처음으로 추가하여 현재까지 십완두족류 게놈의 가장 포괄적인 진화계통을 그렸습니다.
논문의 제1저자이자 OIST 분자유전학부 연구원인 구스타보 산체스(Gustavo Sanchez)는 오징어와 갑오징어의 조상에 대해 수십 년 동안 논쟁이 있었으며, 여러 연구에서 형태학적 특성이나 제한된 분자 데이터를 기반으로 상충되는 가설을 제안했다고 말했습니다. 고해상도 전체 게놈 데이터는 편향 신호를 크게 줄여 진정한 유전적 관계가 드러납니다. 연구에 따르면 대부분의 완족류는 내부 껍질 구조를 가지고 있지만 모양은 매우 다양합니다. 갑오징어는 둥근 석회질 오징어 뼈를 가지고 있고, 많은 오징어는 얇고 칼 같은 "깃털 껍질"을 가지고 있으며, "작은 나선형 오징어"의 나선형 껍질을 가지고 있으며 일부 얕은 바다 종은 이 구조를 완전히 잃어버렸습니다.
오징어와 갑오징어의 게놈 크기가 인간의 두 배일 수 있기 때문에 대규모 전체 게놈 시퀀싱은 기술적으로 매우 어렵습니다. 높은 시퀀싱 플랫폼과 컴퓨팅 리소스가 필요할 뿐만 아니라 신선한 샘플을 확보해야 하는데, 이는 열대 산호초와 심해에 분포하는 종의 경우 쉽지 않습니다. 산체스는 일부 혈통은 류큐 제도와 같은 열대 암초 지역에 매우 풍부한 반면, 다른 혈통은 심해에서만 신비한 형태로 존재한다고 지적했습니다. 본 연구는 오키나와의 현지 자원과 국제 협력을 통해 주요 종의 샘플을 수집할 수 있었습니다.
이 연구는 영국 Wellcome Sanger Institute의 지원을 받는 Aquatic Symbiosis Genome Project에 따른 5년간의 국제 협력의 주요 결과 중 하나입니다. 연구팀은 거의 모든 주요 계통을 포괄하는 십완두족류 게놈을 사용하여 최초의 고해상도 진화계통을 구축하여 이전의 많은 주요 공백을 메웠습니다. 공동 저자인 스페인 해양 연구소의 Fernando Fernandez-Alvarez는 "Spirula spirula" 연구에 중점을 두고 있습니다. 이 독특한 내부 껍질 구조는 한때 일부 과학자들로 하여금 그것이 오징어와 더 밀접한 관련이 있다고 잘못 믿게 만들었습니다. 그러나 게놈 증거는 이러한 잘못된 분류를 바로잡았고 전체 두족류의 전반적인 진화에 대한 새로운 단서를 가져왔습니다.
연구팀은 게놈 정보와 제한된 화석 기록을 결합하여 오징어와 갑오징어의 진화 연대표를 재구성했습니다. 결과는 이 그룹이 심해 환경에서 유래했으며 오늘날에도 여전히 심해에 살고 있는 가시 오징어와 같은 종은 초기 형태에 가까운 특성을 유지할 가능성이 있음을 보여줍니다. 연구에 따르면 10개의 완두족류의 주요 가지가 약 1억년 전 중생대 백악기 중반에 급속히 갈라진 것으로 추정됩니다. 이후 약 6600만년 전 백악기-고제대(K-Pg) 대량멸종 사건이 발생해 지구상 동식물종의 약 4분의 3이 비조류 공룡과 함께 사라졌다.
연구팀은 초기 십각류가 이번 재앙에서 살아남을 수 있었던 핵심 이유는 그들이 심해의 산소가 풍부한 몇몇 피난처로 후퇴했기 때문이라고 제안했습니다. 산체스는 당시 해수면 환경이 두족류에게 극도로 가혹했고, 얕은 연안 해역에는 호흡할 수 있는 산소가 풍부한 서식지가 거의 없었다고 설명했습니다. 동시에, 극심한 해양 산성화는 얕은 바다 생물의 껍질 용해 및 파괴를 가속화할 것입니다. 이러한 맥락에서, 십완두족류가 진화 역사 전반에 걸쳐 어떤 형태의 내부 껍질을 여전히 유지하고 있다는 사실은 심해 기원에 대한 중요한 증거로 간주됩니다.
시간이 지남에 따라 지구 생태계가 점차 회복되고 해안 산호초가 다시 형성되어 십두족류에게 풍부한 새로운 생태학적 서식지를 제공하고 많은 종들이 다시 얕은 바다로 퍼지게 되었습니다. 진화계통은 초기 가지가 출현한 후 계통 분화가 수천만 년 동안 매우 제한적이었음을 보여줍니다. 그러나 K-Pg 이후 회복기에는 가지 수가 갑자기 급증해 급변하는 생태계에 적응하기 위해 종들이 다방면으로 진화했음을 보여준다. 이는 전형적인 "장기 리드" 모델입니다. 긴 잠복기 후에는 다양성이 폭발적으로 증가합니다.
현미경 수준에서 연구는 또한 전사체학을 사용하여 가시오징어의 섬세한 손톱 크기만큼 나선형 껍질을 분석했으며 생체광물화 및 껍질 재생에서 특정 유전자 발현 특성을 가지고 있음을 발견했습니다. 다른 두족류 종에 비해 이러한 종류의 껍질 구조는 오랜 지질 시대에도 크게 저하되지 않았습니다.
연구자들은 이 새로운 게놈 프레임워크가 오징어의 독특한 특성의 진화 메커니즘을 이해하기 위한 기초를 마련한다고 믿습니다. OIST 분자유전학부 책임자인 다니엘 록살(Daniel Roxal) 교수는 다른 동물 그룹에 비해 십각류는 역동적인 위장부터 복잡한 신경계에 이르기까지 수많은 독특한 기관과 행동을 갖고 있어 과학자들에게 지속적인 영감의 원천이 되고 있다고 지적했습니다. 이제 고품질 게놈과 명확한 유전적 관계를 통해 연구자들은 이러한 혁신의 이면에 있는 분자 변화를 보다 표적화된 방식으로 비교할 수 있습니다.
관련 논문은 구스타보 산체스(Gustavo Sanchez) 등이 작성하고 2026년 3월 30일 온라인에 게재된 "백악기 중기 오징어와 갑오징어의 급속한 다양화는 해안 틈새로의 방사에 앞서 있었다"라는 제목으로 작성되었습니다. 이 연구는 오키나와 과학 기술 대학원 대학, 일본 과학 진흥회, Chan Zuckerberg Biohub 및 스페인의 여러 과학 연구 자금 지원 기관의 지원을 받았습니다.