높은 곳에서 머리부터 떨어졌는데 멀쩡한 이유, 알고 보니 [달콤한 사이언스]

낚시 위해 물속 수직낙하하는 물총새의 비밀
알츠하이머 유발 ‘타우 단백질’이 비밀의 핵심

물총새는 물 속으로 수직 낙하하면서도 물 표면 충격을 머리에 받지 않게 하는 유전자를 갖고 있다. 커뮤니케이션즈 바이올로지 제공

수영장에서 다이빙할 때 만약 배나 등부터 떨어져 본 적 있는 사람은 알 것이다. 마치 물이 아니라 아스팔트 바닥에 몸을 던진 것처럼 충격이 온다는 것을.

그런데 재미있는 것은 물총새의 경우는 물속에 있는 먹잇감을 사냥하기 위해 머리부터 다이빙한다. 태어나서 죽을 때까지 계속 그런 사냥 습성을 가지고 있음에도 머리나 얼굴 부위에 충격이 가해지지 않는 이유는 뭘까. 뾰족한 부리부터 다이빙한다고 하더라도 물 표면에서 받는 압력은 낮지 않을 것이다. 과학자들도 이런 사실에 궁금증을 품고 연구에 착수했다.

미국 시카고 필즈박물관 바이오인포매틱스 센터, 통합 생물연구센터, 예일대 생태 및 진화생물학과, 뉴멕시코대 생물학과, 시카고대 진화생물학연구소 공동 연구팀은 물속으로 수직 낙하해 먹잇감을 사냥하는 물총새가 다이빙 순간 머리를 다치지 않게 해주는 유전자를 발견했다고 6일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘커뮤니케이션즈 바이올로지’ 10월 25일자에 실렸다.

물총새가 물속으로 뛰어드는 다이빙 유형은 항공공학적으로 ‘플런지 다이빙’(plunge-diving)이라고 부르는 것으로, 공기 중에서 물속으로 고속으로 뛰어드는 행위다. 극소수의 동물(조류)만이 행하는 행동으로 생물학적으로 매우 위험한 행동이다. 플런지 다이빙을 위해서는 뇌가 손상되지 않도록 하는 다른 특성을 갖고 있어야 한다.

물총새가 수직 낙하 후 물속에서 먹잇감을 낚시해 물 위로 날아오르는 모습 커뮤니케이션즈 바이올로지 제공

우선 연구팀은 물총새들의 여러 종 중에 플런지 다이빙해 물고기를 잡는 종에 대해 분류학적 분석을 했다. 그 결과 플런지 다이빙하는 종은 다른 물총새 종들과 가계도 상 거리가 멀고 다이빙 능력은 진화를 통해 획득한 것으로 확인했다.

그다음 연구팀은 30종의 물총새의 전체 게놈을 서열 분석해 플런지 다이빙하는 물총새들이 공통으로 가진 유전적 변이를 조사했다.

그 결과 물고기를 섭취하는 물총새의 식습관과 뇌 손상 없이 잠수할 수 있는 능력을 설명하는 데 도움이 되는 유전자를 찾아냈다.

연구팀은 타우 단백질을 암호화하는 MART 유전자에서 돌연변이를 발견했다. 타우 단백질은 뇌 내부의 작은 조직을 안정화하는 데 도움을 주지만 타우 단백질이 많이 축적되면 문제가 될 수 있다. 사람의 경우 알츠하이머 같은 퇴행성 뇌 질환은 물론 뇌진탕 같은 외상성 뇌손상도 타우 단백질이 관련돼있는 것으로 알려져 있다.

이번 연구를 이끈 셰넌 해켓 필즈 박물관 조류관 큐레이터는 “사람에게서 알츠하이머를 유발하는 타우 단백질이 새의 뇌를 보호하는 것으로 확인됐다”라면서 “타우 단백질이 새와 사람에게 다른 방식으로 적용되는 이유에 관해 추가 연구를 진행할 것”이라고 밝혔다.

유용하 기자