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작은보호탑해파리

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목차

1. 개요

작은보호탑해파리는 지름이 4-10mm 정도의 작은 해파리로, 먹이가 부족하거나 외부 환경이 나빠지면 몸을 뒤집어 세포덩어리가 된 후 바위에 부착하여 폴립으로 변태하는 특징을 가진다. 폴립 상태를 반복하며 이론적으로 영생이 가능하다고 알려져 "불로불사 해파리"로 불리기도 한다. 이 해파리는 1991년 지중해에서 처음 발견되었으며, 이후 일본 가고시마만에서도 발견되었다. 쿠보타 신 교수는 이 해파리의 회춘 과정을 연구하며, 2012년 10번의 회춘에 성공했으며, 분자생물학적 연구를 통해 회춘 메커니즘을 밝히기 위한 연구를 진행했다. 이 해파리는 대중 매체에서도 회춘약 개발과 관련된 소재로 다뤄지기도 했다.

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작은보호탑해파리 - [생물]에 관한 문서
기본 정보
鶴岡市立加茂水族館飼育展示個体 (츠루오카 시립 카모 수족관 사육 전시 개체)
츠루오카 시립 카모 수족관 사육 전시 개체
학명Turritopsis spp.
한국어 이름베니클라게 (홍해월, 홍수모)
영어 이름immortal jellyfish (불멸의 해파리)
분류
계동물계 (Animalia)
문자포동물문 (Cnidaria)
강히드라충강 (Hydrozoa)
목꽃해파리목 (Anthomedusae)
과베니클라게모도키과 (Oceaniidae)
속베니클라게속 (Turritopsis)
종베니클라게 (Turritopsis spp.)
학명 정보
종 (Species)nutricula
명명자McCrady, 1857

2. 특징

작은보호탑해파리(베니클라게)류는 지름 4mm~10mm 정도의 작은 해파리이다. 투명한 소화기가 붉은색을 띠는 종도 있으며, 우산 모양의 몸체와 많은 촉수를 가지고 있다. 2014년에는 와카야마현 시라하마정이나 가고시마현에 분포하는 미기재종(''Turritopsis'' sp.)에 니혼베니클라게라는 새로운 이름이 제창되었다.

2. 1. 형태

작은보호탑해파리류는 지름 4-10mm 정도의 작은 해파리이다. 투명하게 보이는 소화기가 붉은색인 종도 있다. 종 모양이며, 우산의 지름과 높이는 거의 같다. 외산과 중간층은 균일하고 얇다. 위는 밝은 붉은색 또는 노란색이며 크고, 횡단면은 십자형이다. 어린 개체는 외연을 따라 8개의 촉수를 가지지만, 성숙한 개체는 최대 수백 개의 촉수를 갖는다. 촉수 안쪽에는 안점이 있으며, 이것 또한 선명한 붉은색이다.

2. 2. 분류

베니클라게류는 지름 4mm~10mm 정도의 작은 해파리이다. 투명하게 보이는 소화기가 붉은색인 종도 있다. 베니클라게류의 형태는 종 모양이며, 우산의 지름과 높이는 거의 같다. 외산과 중간층은 균일하고 얇다. 위는 밝은 붉은색 또는 노란색이며 크고, 횡단면은 십자형이다. 어린 개체는 외연을 따라 8개의 촉수를 가지지만, 성숙한 개체는 최대 수백 개의 촉수를 갖는다. 촉수 안쪽에는 안점이 있으며, 이것 또한 선명한 붉은색이다.

2014년 9월에 쿠보타 신이 출판한 "매혹적인 난해의 해파리들"에서 와카야마현 시라하마정이나 가고시마현에 분포하는 미기재종(''Turritopsis'' sp.)에 일본명 니혼베니클라게라는 새로운 이름이 제창되었다.

3. 생활환

히드로충류는 폴립 단계와 메두사(해파리) 단계의 두 가지 뚜렷한 생활 단계를 거친다. 폴립 단계에서는 세포가 군체를 이루어 저서 생활을 하고, 메두사 단계에서는 단독으로 플랑크톤성 생활을 한다. 일반적으로 히드로충류에서 메두사는 폴립의 무성아 발생으로 발달하며, 폴립은 메두사의 유성 생식으로 생긴다.[3]

작은보호탑해파리의 수정란은 플라눌라 유생이 되며, 이 유생은 기질에 부착하여 군체성 폴립을 형성한다. 폴립은 히드로 뿌리를 뻗고 히드로 줄기를 세워 그 선단에 히드로 꽃을 달고, 측면에는 다수의 촉수가 있다.

폴립에 형성된 해파리 싹은 어린 해파리로 이탈한다. 어린 해파리는 수 주일 내에 성숙하는데, 20℃에서는 25~30일, 22℃에서는 18~22일 정도 소요된다.[4]

3. 1. 생명 주기 역전

작은보호탑해파리는 세포의 분화 전환(transdifferentiation)을 통해 해파리 단계에서 폴립 단계로 되돌아갈 수 있는 특별한 능력을 가지고 있다. 이러한 능력은 동물계에서 매우 드문 현상이며, 이를 통해 개체는 이론적으로 무한한 수명을 가질 수 있다. 물론, 개별 작은보호탑해파리는 먹이 사슬에서 항상 포식될 가능성이 있으며, 이것이 본 종의 모든 개체가 죽음을 면하고 영원히 살아간다는 것을 의미하는 것은 아니다. 덧붙여 강장동물에서 폴립에 노화 현상이나 수명이 인정되지 않는 것은 드물지 않으며, 오히려 대부분의 종에서 노화나 수명은 없을 것이라고 생각되고 있다.

3. 1. 1. 역전 과정

해파리는 먹이가 부족하거나 외부 환경이 나빠져 스트레스를 받게 되면 우산 모양의 몸이 뒤집히고 촉수와 바깥쪽 세포들이 몸 안으로 흡수되면서 세포덩어리로 돌아가며, 아래로 가라앉아 바위에 부착되면 교차분화를 통해 고착형 폴립이 된다.[19] 이 폴립 상태를 반복하면 이론적으로 사고만 없다면 어린 개체로 돌아가 성장 과정을 되풀이해 영생의 삶을 살 수 있다고 알려져 있다.[19]

''작은보호탑해파리''는 해파리 단계의 어느 시점에서든 다시 폴립 단계로 변환할 수 있는 능력을 가지고 있다.[6] 해파리는 해부학적 조직뿐만 아니라 우산의 완전히 다른 체세포 집합으로도 폴립과 다르다. 이러한 해파리에서 폴립으로의 퇴행은 우산 바깥쪽과 동물의 소화 시스템에서 분화된 세포가 있을 때만 관찰되었다.[6] 이러한 세포에서 형질전환이라는 능력, 즉 다른 유형의 세포로 변형될 수 있는 비줄기 세포는 이 종의 변화하는 생애 주기에 매우 중요하다. 줄기 세포가 이 과정에서 역할을 하는지는 알려져 있지 않다.[7] ''T. nutricula''의 이러한 정기적인 변환으로 인해 무한한 수명을 가질 것으로 생각된다.[6]

''작은보호탑해파리''의 역전된 생애 주기를 설명하기 위해 발견된 네 단계가 있다: 건강한 해파리(''T.nutricula''는 활발하게 헤엄친다), 건강하지 않은 해파리(''T. nutricula''는 헤엄칠 수 없다), 네잎 클로버, 그리고 낭포(형태학적으로 폴립을 생성한다).[8]

다른 해파리는 유성 생식 후에 죽지만, 작은보호탑해파리류는 다시 폴립으로 돌아갈 수 있다. 성체는 촉수의 수축이나 외산의 반전, 크기의 축소 등을 거쳐 다시 기질에 부착, 폴립이 된다. 생활환을 역회전시키는 이 능력은 동물계에서는 매우 드물며, 이로 인해 작은보호탑해파리류는 개체로서의 수명에 의한 죽음을 면하고 있다.

유성 생식 능력을 획득하기까지 발생이 진행된 개체(해파리류에서는 해파리)가 미성숙 상태(해파리류에서는 폴립)로 돌아가는 예는, 후생동물로서는 본 종과 유령 해파리목의 야와라 해파리(''Laodicea undulata'')에서만 보고되고 있다.[10] 동물에서의 이러한 세포의 재분화는 분화 전환(transdifferentiation)이라고 불린다. 논리적으로 이 과정에는 제한이 없으며, 이 해파리들은 통상적인 발생과 분화 전환을 반복함으로써 개체가 무한한 수명을 가질 수 있을 것으로 예상된다. 때문에, "불로불사(의 해파리)"라고 칭해지는 경우도 있다. 다만, 이것은 노화 현상이 일어나지 않는 것이 아니라 젊은 상태로 돌아갈 뿐이므로, 좀 더 엄밀히 말하면 회춘이다.

이 현상은 지중해산 지중해 작은보호탑해파리(''T. dohrnii'')에서 발견되어, 1991년에 학회 발표되어 센세이션을 일으켰다. 그 후 각지에서 추시되었지만, 지중해산에서만 이 현상이 관찰되었다. 하지만, 가고시마만에서 채집된 개체도 동일한 능력을 가지고 있다는 것이 2001년에 가고시마 수족관에서 확인되었다.[11]

2011년의 회춘 횟수 세계 기록은, 교토 대학 세토 린카이 실험소의 쿠보타 신 부교수에 의한 9회였지만, 그 후 2012년 12월 15일 발매된 잡지에서 쿠보타 신 부교수는 "10번이나 회춘시키는 데 성공했다"고 발표했다.[12]

더욱이, 쿠보타 신 부교수는, 공익 재단법인 카즈사 DNA 연구소와의 공동 연구를 통해 세계 최초로 차세대 시퀀서를 사용한 분자 생물학적 해석의 논문을 2016년에 발표했다.[13] 그 논문에서는, 해파리를 바늘로 찔러 인위적으로 회춘시켜, 4개의 스테이지: (I) 해파리 미성숙 개체, (II) 바늘로 찔러 덩어리 상태가 된 것, (III) 덩어리 상태에서 뿌리를 내기 시작한 것, (IV) 회춘한 폴립, 을 준비하여, 각 스테이지에서 메신저 RNA (mRNA)를 모두 추출하여, 차세대 시퀀서를 사용하여 배열을 분석하고 있다. 획득한 배열 단편을 분석한 결과, 각 스테이지에서 특이적으로 발현하는 유전자 및 기능 유전자군을 추정하는 데 성공하여, 해파리 개체에서는 다른 스테이지에 비해 많은 종류의 유전자가 다발현하고 있다는 것, 폴립으로의 회춘의 중간 과정에서는, 이화, 이차 대사, 촉매 활성, DNA 결합 등의 기능을 가진 유전자가 많이 발현하고 있다는 것 등이 밝혀졌다. 회춘의 메커니즘을 해명하기 위한 기초적인 정보가 될 것으로 기대된다.

3. 1. 2. 분자생물학적 연구

차세대 시퀀서를 이용한 분자생물학적 해석에 대한 논문이 2016년에 발표되었다.[13] 이 논문에서는 해파리를 인위적으로 회춘시켜 4개의 스테이지(해파리 미성숙 개체, 바늘로 찔러 덩어리 상태가 된 것, 덩어리 상태에서 뿌리를 내기 시작한 것, 회춘한 폴립)를 준비하고, 각 스테이지에서 메신저 RNA(mRNA)를 추출하여 분석하였다. 그 결과, 각 스테이지에서 특이적으로 발현하는 유전자 및 기능 유전자군을 추정하는 데 성공하였다. 해파리 개체에서는 다른 스테이지에 비해 많은 종류의 유전자가 다발현하고, 폴립으로의 회춘 중간 과정에서는 이화, 이차 대사, 촉매 활성, DNA 결합 등의 기능을 가진 유전자가 많이 발현하는 것이 밝혀졌다. 이는 회춘 메커니즘을 해명하기 위한 기초적인 정보가 될 것으로 기대된다.[13]

4. "불로불사"와 그 영향

다른 해파리들은 유성 생식 후에 죽지만, 작은보호탑해파리류는 다시 폴립으로 돌아갈 수 있다. 성체는 촉수의 수축이나 외산의 반전, 크기의 축소 등을 거쳐 다시 기질에 부착, 폴립이 된다. 생활환을 역회전시키는 이 능력은 동물계에서는 매우 드물며, 이로 인해 작은보호탑해파리류는 개체로서의 수명에 의한 죽음을 면하고 있다. 물론, 개별 작은보호탑해파리는 먹이 사슬에서 항상 포식될 가능성이 있으며, 본 종의 모든 개체가 죽음을 면하고 있다는(영원히 살아간다는) 것을 의미하는 것은 아니다.

유성 생식 능력을 획득하기까지 발생이 진행된 개체(해파리류에서는 해파리)가 미성숙 상태(해파리류에서는 폴립)로 돌아가는 예는, 후생동물로서는 본 종과 유령 해파리목의 야와라 해파리(''Laodicea undulata'')에서만 보고되고 있다[10]。동물에서의 이러한 세포의 재분화는 분화 전환(transdifferentiation)이라고 불린다. 논리적으로 이 과정에는 제한이 없으며, 이 해파리들은 통상적인 발생과 분화 전환을 반복함으로써 개체가 무한한 수명을 가질 수 있을 것으로 예상된다. 때문에, "불로불사(의 해파리)"라고 칭해지는 경우도 있다. 다만, 이것은 노화 현상이 일어나지 않는 것이 아니라 젊은 상태로 돌아갈 뿐이므로, 좀 더 엄밀히 말하면 회춘이다. 덧붙여 강장동물에서 폴립에 노화 현상이나 수명이 인정되지 않는 것은 드물지 않으며, 오히려 대부분의 종에서 노화나 수명은 없을 것이라고 생각되고 있다.

4. 1. 발견과 연구

지중해산 지중해 작은보호탑해파리(''T. dohrnii'')에서 처음 발견되어 1991년에 학회에 발표되어 큰 화제를 불러일으켰다. 이후 각지에서 추가 연구가 진행되었지만, 지중해산에서만 이 현상이 관찰되었다. 그러나 2001년에 가고시마만에서 채집된 개체도 동일한 능력을 가지고 있다는 것이 가고시마 수족관에서 확인되었다.[11]

교토 대학 세토 린카이 실험소의 쿠보타 신 부교수는 2011년에 9번, 2012년에는 10번의 회춘 실험에 성공했다고 발표했다.[12]

쿠보타 신 부교수는 공익 재단법인 카즈사 DNA 연구소와의 공동 연구를 통해, 차세대 시퀀서를 사용한 분자 생물학적 해석을 진행하여 2016년에 논문을 발표했다.[13] 이 연구에서는 인위적으로 회춘시킨 해파리의 4가지 스테이지(해파리 미성숙 개체, 바늘로 찔러 덩어리 상태가 된 것, 덩어리 상태에서 뿌리를 내기 시작한 것, 회춘한 폴립)에서 메신저 RNA(mRNA)를 추출하여 분석했다. 그 결과, 각 스테이지에서 특이적으로 발현하는 유전자 및 기능 유전자군을 추정하는 데 성공하여, 회춘 메커니즘을 밝히는 데 중요한 기초 정보를 제공할 것으로 기대된다.

4. 2. 대중 매체와 문화 콘텐츠

작은보호탑해파리의 특징은 언론에도 보도되었다. NHK에서는 1998년 "바다・일곱 번째 집 잠자는 거대 자원"에서 다루었다[14]. 이 시기에는 일본에서의 부활이 아직 확인되지 않았기 때문에 이탈리아에서 취재했다고 한다.

2003년에 방송된 텔레비전 드라마 『14개월 ~아내가 아이로 돌아가~』 (요미우리 TV)에서도 극중에서 이 해파리 연구를 통해 만들어졌다는 설정의 회춘약이 등장했다. 이 드라마를 제작한 호리프로는, 일본에서 이 분야의 전문가인 구보타 신(교토 대학 세토 해양 생물 실험소)에게 취재했으며, 그가 작품에 등장하는 장면도 만들어졌다.

2015년 9월 하순에 헤이본샤에서 "해파리 대도감"이 출판되었으며, 거기서 구보타는 작은보호탑해파리의 최신 정보를 칼럼으로 제시하고 있다.

다나카 코지는 자신의 작품과 관련하여 구보타에게 취재를 했고, 그 후 『남기 시라하마 갯바위 낚시 살인 사건』(실업일본사)에서는 구보타 및 대학원생을 모델로 한 인물이 등장하여, 작은보호탑해파리류에 대해 이야기하는 장면이 들어갔다고 구보타 신 자신이 언급했다[15]. 구보타는 이 해파리 연구를 통해 노화에 관한 큰 발견이 있을 가능성을 이야기하며, "회춘약"의 꿈에 대해서도 언급하고, 『작은보호탑해파리 민요』를 부르고 있다[16][17].

또한 구보타는, 작은보호탑해파리류에 관한 소설도 집필하여 "회춘"을 유료로, 우에마치 세이지라는 필명으로 쓴 "교수의 작은보호탑해파리"를 무료로 공개하며, 작은보호탑해파리류에 대한 지식을 세상에 널리 알리기 위해 노력하고 있다.

4. 3. 한국의 연구 및 정책

한국에서도 작은보호탑해파리에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 가고시마 수족관에서는 2001년에 가고시마만에서 채집된 작은보호탑해파리가 지중해산 개체와 동일하게 회춘 능력을 가지고 있음을 확인했다.[11] 교토 대학 세토 린카이 실험소의 쿠보타 신 부교수는 2011년에 작은보호탑해파리의 회춘 횟수 세계 기록(9회)을 세웠으며,[12] 2012년에는 10회 회춘에 성공했다고 발표했다.

쿠보타 신 부교수는 공익 재단법인 카즈사 DNA 연구소와 공동 연구를 통해 2016년에는 차세대 시퀀서를 사용한 분자 생물학적 해석 결과를 발표했다.[13] 이 연구에서는 인위적으로 회춘시킨 작은보호탑해파리의 4가지 성장 단계(해파리 미성숙 개체, 바늘로 찔러 덩어리 상태가 된 것, 덩어리 상태에서 뿌리를 내기 시작한 것, 회춘한 폴립)에서 메신저 RNA(mRNA)를 추출하여 분석했다. 그 결과, 각 단계에서 특이적으로 발현되는 유전자와 기능 유전자군을 확인했으며, 특히 회춘 과정에서 이화, 이차 대사, 촉매 활성, DNA 결합 등의 기능을 가진 유전자가 많이 발현됨을 밝혀냈다. 이는 작은보호탑해파리의 회춘 메커니즘을 규명하는 데 중요한 기초 정보가 될 것으로 보인다.

5. 추가 정보

교토 대학 세토 린카이 실험소의 쿠보타 신 교수는 작은보호탑해파리에 관한 소설을 집필하여 "회춘"을 유료로 공개하고, 우에마치 세이지라는 필명으로 쓴 "교수의 작은보호탑해파리"를 무료로 공개하며, 작은보호탑해파리류에 대한 지식을 세상에 널리 알리기 위해 노력하고 있다.[15]

참조

[1] 웹사이트 Turritopsis nutricula McCrady 1857 - Encyclopedia of Life http://www.eol.org/p[...] 2010-04-03
[2] 논문 Species in the genus ''Turritopsis'' (Cnidaria, Hydrozoa): a molecular evaluation
[3] 논문 Regeneration in Medusa buds and Medusae of Hydrozoa https://academic.oup[...] 1974-05-01
[4] 논문 Bi-directional conversion in Turritopsis nutricula (Hydrozoa)
[5] 논문 Species in the Genus Turritopsis (Cnidaria, Hydrozoa): a Molecular Evaluation 2006-04-09
[6] 논문 Reversing the life cycle: Medusae transforming into polyps and cell transdifferentiation in Turritopsis nutricula (Cnidaria, Hydrozoa) 1996-06-01
[7] 논문 Turritopsis nutricula
[8] 논문 Morphological and ultrastructural analysis of turritopsis nutricula during life cycle reversal
[9] 웹사이트 Turritopsis nutricula http://www.marinespe[...]
[10] 뉴스 (제목 없음) http://www.fserc.kai[...] 紀伊民報 2004-06-13
[11] 뉴스 (제목 없음) 南日本新聞 2001-05-13
[12] 뉴스 「若返り」を研究する京大准教授　クラゲを若返らせることに成功 https://ohtabookstan[...] 太田出版ケトルニュース
[13] 웹사이트 연구 결과 http://www.kazusa.or[...]
[14] 서적
[15] 서적
[16] 서적
[17] 서적 森と里と海のつながり 大伸社 2004-08-30
[18] 웹사이트 Turritopsis nutricula McCrady 1857 - Encyclopedia of Life http://www.eol.org/p[...] 20100403080409
[19] 뉴스 ‘죽지 않는 해파리’ 발견 https://web.archive.[...] KBS 2009-07-31


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