히드라속

3. 신경계

히드라의 신경계는 신경망으로, 계통발생학적으로 더 진화된 동물의 신경계에 비해 구조적으로 단순하다. 히드라는 뚜렷한 뇌나 진정한 근육을 가지고 있지 않다. 신경망은 몸체 벽과 촉수에 위치한 감각 광수용체와 촉각에 민감한 신경 세포를 연결한다.

신경망의 구조는 다음 두 단계로 이루어진다.

• 1단계 - 감각 세포 또는 내부 세포
• 2단계 - 상피 세포 또는 운동 세포에 시냅스된 상호 연결된 신경절 세포

4. 운동

히드라는 경계하거나 공격받으면 촉수를 작은 싹으로 움츠릴 수 있으며, 몸통 자체도 작은 젤라틴 구체로 움츠릴 수 있다. 히드라는 일반적으로 자극의 방향에 관계없이 동일한 방식으로 반응하는데, 이는 신경망의 단순성 때문일 수 있다.^[1]

히드라는 일반적으로 정착성 또는 부착성을 가지지만, 특히 사냥할 때는 때때로 매우 쉽게 움직인다. 히드라는 '고리'와 '재주넘기'라는 두 가지 뚜렷한 이동 방식을 가지고 있다.^[1] 몸을 구부리고 입과 촉수로 기질에 부착한 다음, 일반적으로 부착을 제공하는 발의 위치를 변경함으로써 이동하는데, 이 과정을 고리라고 한다. 재주넘기에서는 몸이 구부러져 발로 새로운 부착 지점을 만든다. 이러한 "고리" 또는 "재주넘기" 과정을 통해 히드라는 하루에 100mm 정도 이동할 수 있다. 히드라는 또한 기저부의 아메바 운동이나 기질에서 분리되어 흐름에 따라 떠다니는 방식으로 움직일 수 있다.^[1]

5. 생식

히드라는 대부분 별도의 성별을 가지고 있지 않다. 대신 먹이가 풍부할 때에는 출아를 통한 무성 생식으로 번식한다. 싹은 몸통 벽에서 형성되어 작은 성체로 자라며 성숙하면 떨어진다. 히드라는 충분한 영양을 섭취하면 이틀마다 새로운 싹이 생길 수 있다.^[10]

겨울이 오기 전이나 먹이가 부족한 상황 등 조건이 좋지 않을 때는 유성 생식을 한다. 몸통 벽이 부풀어 올라 난소 또는 정소가 발달한다. 정소는 자유롭게 헤엄치는 배우자를 물속으로 방출하고, 이 배우자는 다른 개체의 난소에 있는 난자와 수정한다. 수정된 난자는 단단한 외부 껍질을 만들고, 성체가 죽으면(기아 또는 추위) 휴면 난자는 호수나 연못 바닥으로 떨어져 더 나은 조건을 기다리며 어린 히드라로 부화한다. ''Hydra circumcincta'' 및 ''Hydra viridissima''와 같은 일부 히드라 종은 자웅동체이며^[11] 동시에 정소와 난소를 모두 생성할 수 있다.

히드로충강의 많은 구성원은 폴립에서 메두사라고 하는 성체 형태로 몸이 변하는데, 이는 일반적으로 유성 생식이 발생하는 생활 단계이지만, 히드라는 폴립 단계를 넘어서지 않는다.^[12]

5. 1. 무성 생식 (출아)

5. 2. 유성 생식

6. 섭식

히드라는 주로 물벼룩과 Cyclops와 같은 수생 무척추동물을 먹고 산다.

히드라는 먹이를 먹을 때 몸을 최대한 늘린 다음 천천히 촉수를 뻗는다. 단순한 구조에도 불구하고 히드라의 촉수는 매우 신장성이 뛰어나며 몸 길이의 4~5배까지 뻗을 수 있다. 촉수가 완전히 뻗어지면 적합한 먹이 동물과 접촉하기를 기다리며 천천히 움직인다. 접촉이 이루어지면 촉수의 자포가 먹이에게 발사되고, 촉수 자체가 먹이 주위로 감긴다. 대부분의 촉수는 30초 이내에 공격에 가담하여 몸부림치는 먹이를 제압한다. 2분 이내에 촉수는 먹이를 둘러싸고 열린 입구로 이동시킨다. 10분 이내에 먹이는 몸 속 공동에 삼켜지고 소화가 시작된다. 히드라는 몸 벽을 상당히 늘릴 수 있다.

히드라의 먹이 행동은 단순해 보이는 신경계의 정교함을 보여준다.

일부 히드라 종은 다양한 종류의 단세포 조류와 상호 관계를 맺고 있다. 조류는 히드라에 의해 포식자로부터 보호받고, 그 대가로 조류의 광합성 산물은 히드라의 먹이로 유익하며^[13][14] 심지어 히드라의 미생물군을 유지하는 데 도움이 된다.^[15]

7. 재생

히드라는 부상을 입거나 절단될 때 모르팔락시스(조직 재생)를 겪는다. 일반적으로 히드라는 새로운 개체를 싹으로 돋아 번식하는데, 싹은 몸 축의 약 3분의 2 지점에서 발생한다. 히드라를 반으로 자르면 각 절반은 재생되어 작은 히드라를 형성한다. "머리"는 "발"을 재생하고, "발"은 "머리"를 재생한다. 이러한 재생은 세포 분열 없이 일어난다. 히드라를 여러 조각으로 자르면 중간 조각은 "머리"와 "발"을 모두 형성한다.^[6] 재생의 극성은 두 쌍의 위치 값 기울기에 의해 설명된다. 머리와 발 활성화 및 억제 기울기가 모두 존재하며, 머리 활성화와 억제는 발 기울기 쌍의 반대 방향으로 작용한다.^[22] 이러한 기울기에 대한 증거는 1900년대 초 이식 실험에서 나타났다. 두 기울기 모두에 대한 억제제는 싹 형성을 차단하는 데 중요한 것으로 나타났으며, 싹이 형성되는 위치는 머리와 발에 대한 기울기가 모두 낮은 곳이다.^[6]

히드라는 몸에서 떼어낸 조직 조각과 조직 해리 후의 재응집체로부터 재생할 수 있다.^[22] 이 과정은 몸통에서 잘라낸 조직 조각뿐만 아니라 해리된 단일 세포의 재응집체에서도 일어난다. 이러한 응집체에서, 처음에는 무작위로 분포된 세포들이 분류를 거쳐 두 개의 상피 세포층을 형성하며, 여기서 내배엽 상피 세포가 이 과정에서 더 적극적인 역할을 한다는 것이 밝혀졌다. 이러한 내배엽 상피 세포의 활발한 이동성은 재응집체와 잘라낸 조직의 재생 팁 모두에서 두 개의 층을 형성한다. 이 두 층이 형성되면 머리와 발을 형성하기 위한 패턴 형성 과정이 진행된다.^[23]

따뜻한 계절에는 어미의 몸에서 새끼가 출아함으로써 번식한다. 영양 상태가 좋으면, 원통형 몸체의 중간 부분에서 옆으로 작은 돌기가 생기고, 그 선단 주변에 촉수가 생겨 차츰 성장한다. 본체보다 한 단계 작은 모습이 되었을 때, 기부에서 떨어져 독립한다. 경우에 따라서는 성장 단계가 다른 몇 개의 새끼를 가지고 있는 경우도 있으며, 이것이 여러 개의 머리를 가진 것처럼 보여서, 그 이름의 유래가 된 그리스 신화의 히드라를 연상하게 했다고 생각된다. 또한, 강력한 재생 능력을 가지고 있어, 몸을 여러 개로 잘라도 각각이 완전한 히드라로 재생한다.

유성 생식에서는 몸의 측면에 난소와 정소가 생기고, 수정이 이루어진다. 해파리는 형성하지 않는다. 일반적으로 히드로충류에서는 생식소는 해파리에 형성되어, 독립된 해파리를 만들지 않는 경우에도 해파리에 상당하는 부분을 만든 다음에 거기에 형성되는 것이 통례이며, 히드라의 경우에 폴립에 형성되는 것은 매우 이례적이다.

8. 노화

1998년 ''실험 노년학''에 게재된 논문에서 다니엘 마르티네즈는 히드라가 생물학적으로 불멸하다고 주장했다.^[24] 이 출판물은 히드라가 노화하지 않는다는 증거로 널리 인용되었다. 2010년 프레스턴 에스텝은 ''실험 노년학''에 마르티네즈의 데이터가 히드라가 노화하지 않는다는 가설을 반박한다고 주장하는 편지를 게재했다.^[25]

히드라의 무한 수명은 과학자들의 많은 관심을 받아왔으며, 최근 연구는 마르티네즈의 연구를 확인하는 것으로 보인다.^[26] 히드라의 줄기 세포는 무한한 자기 재생 능력을 가지고 있으며, 전사 인자 "포크헤드 박스 O"(FoxO)는 히드라의 지속적인 자기 재생에 핵심적인 역할을 한다.^[26] FoxO 하향 조절 실험에서 인구 증가가 급격히 감소했다.^[26]

양측 대칭 동물에서 전사 인자 FoxO는 스트레스 반응, 수명 및 줄기 세포 증가에 영향을 미친다. 초파리와 선충과 같은 모델 유기체에서 이 전사 인자가 제거되면 수명이 현저하게 감소한다. ''H. 불가리스'' (자포동물의 방사형 대칭 구성원) 실험에서 FoxO 수준이 감소했을 때 히드라의 여러 특징에 부정적인 영향이 있었지만 사망은 관찰되지 않아, 다른 요인이 노화 부재에 기여할 수 있다고 여겨진다.^[5]

8. 1. DNA 복구

9. 유전체학

지난 10년 이내에 진행된 상동 유전자 비교 분석에 따르면, ''히드라''는 최소 6,071개의 유전자를 인간과 공유한다. 유전학적 접근 방식이 더욱 널리 사용 가능해짐에 따라 ''히드라''는 점점 더 훌륭한 모델 시스템으로 부상하고 있다.^[5] 형질전환 히드라는 면역의 진화를 연구하기 위한 매력적인 모델 유기체가 되었다.^[28] ''Hydra magnipapillata''의 게놈 초안은 2010년에 보고되었다.^[29]

자포동물의 게놈은 일반적으로 크기가 500 Mb (메가베이스) 미만이며, 약 300 Mb의 게놈 크기를 가진 ''Hydra viridissima''가 그 예시이다. 반면에, 갈색 히드라의 게놈 크기는 약 1 Gb이다. 이는 갈색 히드라 게놈이 LINE (일종의 전이 요소), 특히 CR1 클래스의 단일 계열을 포함하는 확장 사건의 결과이기 때문이다. 이러한 확장은 ''히드라'' 속의 이 하위 그룹에만 고유하며 다른 자포동물과 유사한 반복적 구조를 가진 녹색 히드라에서는 나타나지 않는다. 이러한 게놈 특성은 ''히드라''를 전이 요소에 의한 종분화와 게놈 확장에 대한 연구에 매력적으로 만든다.^[30]

다른 히드로충류에 비해 단순한 생활환 때문에 히드라는 조상 기능이 아직 알려지지 않은 세포 유형 또는 대사 경로에 해당하는 많은 유전자를 잃었다.

히드라 게놈은 근위 프로모터를 선호하는 경향을 보인다. 이러한 특징 덕분에, 관심 유전자의 상류 500~2000 염기쌍 주변 영역을 가진 많은 리포터 세포주가 만들어졌다. 그들의 시스 조절 요소 (CRE)는 대부분 가장 가까운 전사 개시 지점으로부터 2000 염기쌍 미만 상류에 위치하지만, 더 멀리 떨어진 CRE도 존재한다.

그것의 염색질은 Rabl 구성을 가지고 있다. 서로 다른 염색체의 동원체와 같은 염색체의 동원체와 말단소체 사이의 상호 작용이 있다. 다른 자포동물에 비해 많은 수의 염색체 간 상호 작용을 나타내는데, 이는 응축 단백질 II의 여러 소단위체의 손실 때문일 것이다. 이것은 수십에서 수백 메가베이스에 걸쳐 있는 도메인으로 구성되어 있으며, 후성 유전적으로 공동 조절되는 유전자를 포함하고 이질염색질 내에 위치한 경계에 의해 경계가 정해진다.^[31]

10. 분류

히드라속(''Hydra'')과 에히드라속(''Pelmatohydra'') 2속이 있다. 에히드라속에 속하는 것은 몸의 기부 근처가 자루로 구분할 수 있다.

11. 기타

히드라는 히드라충류의 대표적인 예로 여겨지지만, 구조가 특수하고 담수에서 산다는 점이 독특하다. 히드라 외의 종은 거의 대부분 바다에서 서식한다. 히드라과 외에 담수에서 사는 종으로는 클라바과의 에다히드라, 모에리시아과의 힐무시로히드라 정도가 있다.

히드라는 기르기 쉬워 발생생물학 분야에서 세포 분화의 모델 생물로 연구되고 있다.

11. 1. 히드라충류

11. 2. 연구

12. 관련 항목

• 시미즈 유타카

참조

_[1] 간행물 "''Hydra'' Linnaeus, 1758" 2011-12-20
_[2] 서적 Zoology Lab Manual Primis Custom Publishing 1999
_[3] 서적 Biology Cengage|Brooks/Cole 2002
_[4] 논문 Hydramacin-1, structure and antibacterial activity of a protein from the basal metazoan Hydra 2009-01
_[5] 논문 Hydra, a powerful model for aging studies 2015-01
_[6] 서적 Developmental Biology Sinauer Associates 2000
_[7] 웹사이트 Olympus Microscopy Resource Center {{!}} Pond Life Video Gallery – Hydra (Coelenterata) http://olympus.magne[...] 2019-09-21
_[8] 논문 Regulation of Respiration and Photosynthesis in Hydra viridis and in Its Separate Cosymbionts: Effect of Nutrients The University of Chicago Press
_[9] 논문 Hydra: Imaging Nerve Nets in Action 2017-04
_[10] 서적 Grolier Multimedia Encyclopedia. Grolier Online 2014-08
_[11] 서적 Cnidaria: Hydrozoa Süsswasserfauna von Mitteleuropa. Bd 1/2+ 3 Spektrum Akademischer Verlag 1995
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_[31] 논문 A chromosome-scale epigenetic map of the Hydra genome reveals conserved regulators of cell state. 2023