파리의 날개와 다리의 신경망을 해독했다 [알송달송 과학]

미국 워싱턴대와 하버드 의과대학, 초파리 신경망 해독해 네이처에 발표
시냅스 4500만개·신경 세포체 1만4600개 가진 복부 신경 중추 네트워크 확인

초파리. 게티이미지 제공

[파이낸셜뉴스] 우리가 밥을 먹을 때 손으로 수저를 사용합니다. 그리고 이동할때 다리를 움직여 걷죠. 뇌에서 생각한 것을 행동으로 옮길때 어떤 경로를 통할까요.

우리 몸은 감각기관에서 받아들인 정보를 뇌로 전달하고, 다시 뇌에서 판단해 명령을 내립니다. 뉴런이라는 신경세포를 통해 하루에도 수없이 많이 이러한 과정을 거치죠. 과학자들은 오랫동안 뇌가 몸의 움직임을 어떻게 제어하는지 이해하기 위해 근육까지의 신경 회로 지도를 해독하려고 노력해 왔습니다.

초파리 신경망 세계 최초 해독

미국 워싱턴대와 하버드 의과대학의 과학자들이 초파리의 날개와 다리의 움직임을 조정하는 신경망을 세계 최초로 해독해 27일(한국시간) 세계적 권위의 과학저널인 '네이처(Nature)'에 발표했습니다.

척추동물의 척수와 유사한 초파리의 신경삭에서 다리와 날개를 제어하는 근육으로 연결된 뉴런을 연결했습니다. 이는 초파리가 다리와 날개의 움직임을 어떻게 감지하고 제어하는지를 밝히는 데 중요한 정보를 제공합니다. 작은 동물의 신경망(connectome)은 이전에도 지도화된 적이 있지만, 팔다리를 가진 동물의 운동 회로에 대한 시냅스 수준의 배선도를 발견한 것은 이번이 처음입니다.

연구진이 척수에 해당하는 초파리의 복부 신경 중추(VNC)에서 다리와 날개를 제어하는 운동 뉴런을 조정하는 전운동 뉴런을 확인했다. 아제베도 제공

사지마비 환자 치료길 열리나

연구진은 전자현미경을 이용해 4500만개의 시냅스와 1만4600개의 신경 세포체를 가진 복부 신경 중추(VNC) 네트워크를 확인했습니다. 복부 신경 중추(VNC)는 척추동물의 척수에 해당합니다. 이 데이터를 X선 홀로그래픽 나노토모그래피를 사용해 다리와 날개 운동 뉴런의 지도와 결합했습니다.

그 결과, 초파리는 날개의 힘과 조종을 담당하는 특수 근육을 가지고 있었습니다. 이 날개 근육들은 힘을 내는 근육은 흉부에, 조종을 담당하는 근육은 날개 경첩에 부착돼 있습니다.

연구진이 운동신경망을 알아보기 위해 초파리를 선택한 이유는 뭘까요.

워싱턴대 존 투힐 박사는 "초파리는 작은 신경계에도 불구하고 걷기와 비행을 포함한 운동 제어에 뛰어난 능력을 가지고 있다"고 설명했습니다. 초파리는 작지만 정교한 신경계를 가지고 있으며, 유전자 조작·분석 기술이 잘 발달돼 있고, 개체 간에 동일한 기능을 하는 뉴런이 확인돼 있기 때문이라고 합니다. 또 고양이의 종아리 근육에는 600개의 운동 뉴런(신경세포)에 의해 움직이지만, 초파리 다리 하나에는 단지 70개의 운동 뉴런(신경세포)에 의해 제어된다고 합니다.

연구진이 밝혀낸 것이 '겨우' 초파리의 운동 신경망이라고 생각할 수 있지만 그 원리를 알아내고 더 연구한다면 엄청난 결과를 가져올 수 있을 겁니다. 사지마비로 고통받는 환자들이 이 연구에서 시작된 결과물로 인해 치료받을 수 있을 지도 모릅니다. 연구진은 이번 신경망을 해독을 바탕으로 개체, 성별, 발달과정, 종 간의 차이나 부상, 질병에 대한 반응에서 신경망의 차이를 알아낼 계획이라고 합니다. 이런 과학기술의 발견이 좀 더 많아져 우리의 건강한 생활에 보탬이 됐으면 합니다.
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monarch@fnnews.com 김만기 기자