곤충은 호흡할 수 있는 폐와 산소를 운반할 헤모글로빈이 없기 때문에 몸통에 있는 숨관으로 공기와 접촉하는 구조를 갖고 있다.

때문에 지금까지 학계에서는 숨관에 의존하는 곤충은 적혈구와 유사한 혈구세포가 존재하지 않는 것으로 여겼다.

그러나 수생곤충이나 거대 곤충이 숨관에만 의존할 경우 충분히 호흡기체를 교환을 할 수 있는지에 대한 의문이 있었다.

생명교과서 내용 바꿀 발견

한국연구재단은 한양대 심지원 교수 연구팀이 초파리 유충의 혈구세포가 산소전달 능력을 갖췄음을 확인하고 원리까지 규명했다고 27일 밝혔다.  

이는 지금까지 정설로 자리 잡았던 곤충의 산소전달 방법을 뒤집는 연구로, 곤충의 호흡작용과 진화에 대한 새로운 단초를 제공한 것으로 기대를 모으고 있다. 

연구팀은 초파리 유전학과 이미징 기법으로 초파리 혈구세포 중 크리스탈세포의 호흡조절 분자기전을 규명했다. 크리스탈세포는 초파리의 골수성 혈구세포 중 흑색화 작용에 관여한다.

이와 함께 연구팀은 산소분압 변화에 따라 변하는 혈구세포 움직임을 실측 촬영한 결과 혈구세포가 숨관과 혈장 사이에서 방향성 있게 이동하는 것을 발견했다.

이 때 크리스탈세포가 이동의 주된 역할을 하며, 산소농도에 따라 세포 내 단백질 상변화를 일으키는 프로페놀 산화효소(PPO)에 의해 조절됨을 관찰했다.

프로페놀 산화효소는 페놀 산화효소의 전구체로, 흑색화 작용에 관여하는 효소이며 헤모시아닌의 공통조상 단백질이다.

아울러 연구팀은 유전자 조작으로 크리스탈세포가 없거나 프로페놀 산화효소가 제거된 초파리 유충이 정상 산소분압에서도 저산소 환경에서 자란 개체와 동일한 표현형을 나타낸 것을 확인했다.

또 초파리 유충은 발생 초기 대부분을 먹이 속에 파묻힌 형태로 보내는데, 이 시기 숨관에 의존한 호흡이 어려울 수 있음에 주목한 결과 크리스탈세포에 의한 산소전달이 필수 기전으로 작용함을 증명했다.

심 교수는 “이번 연구는 생명과학교과서에서 나오는 가설과 달리 초파리 같은 곤충의 혈구세포가 직접 산소전달을 할 수 있는 가능성을 제시한 것”이라며 “사람 적혈구와 유사한 기능을 하는 혈구세포가 곤충의 면역기능과 산소호흡기능을 동시에 수행하는 가능성을 확인했다”고 설명했다.

이어 “무척추동물의 호흡기능에 대한 새로운 통찰력을 제공하며 혈구세포와 혈관계, 호흡계 진화에 대한 실마리를 풀 수 있길 기대한다”고 덧붙였다.

한편 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이쳐(Nature)’ 6월 26일자에 게재됐다.

대덕특구=이재형 기자 jh@kukinews.com