물고기의 송과체(pineal organ) 세포에 있는 광감각 단백질은 자외선과 가시광선의 균형을 감지해 신경 신호로 변환한다. 신경 신호는 중뇌의 피개(tegmentum) 부위로 전달돼 물고기의 상하 움직임을 유도한다. 일본 오사카공립대 제공


척추동물의 뇌에 있는 작은 내분비기관 '송과체(솔방울샘, pineal organ)'는 어류와 양서류 등에서 눈과 별개로 빛의 변화를 감지할 수 있어 '제3의 눈'이라고도 불린다. 눈과 송과체의 정보를 통합해 물속에서 수직 이동을 조절하는 물고기의 신경 회로가 규명됐다.
아키히사 테라키타 바다이야기pc버전다운 일본 오사카공립대 생물학부 교수팀은 일부 어류의 눈과 송과체로 감지한 빛 신호가 뇌에서 통합돼 물속에서 수직 움직임을 조절하는 메커니즘을 규명하고 연구결과를 30일(현지시간) 국제학술지 '미국 국립과학원회보(PNAS)'에 공개했다.
물속에서는 수심과 수질, 그늘 여부 등에 따라 유입되는 빛의 종류와 양이 달라진다. 물고기들은 가시광선과 사이다쿨접속방법 자외선의 농도 차이를 감지해 생존에 필요한 정보를 파악하고 행동에 반영하지만 구체적인 신경 회로 메커니즘은 밝혀진 바 없다.
연구팀은 몸이 투명한 제브라피쉬 유생을 연구대상으로 선정했다. 신경세포 내부의 칼슘 이동을 형광 이미징을 통해 관찰하면 신경활동 강도를 쉽게 측정할 수 있기 때문이다.


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제브라피쉬 유생이 수심에 따라 달라지는 빛의 파장에 반응해 헤엄치는 방향을 바꾸는 모습. 자외선이 약할 때는 수면 쪽으로 헤엄치지만 자외선이 강할 때는 아래쪽으로 헤엄친다. 일본 오사카공립대 제공


제브라피쉬 유생의 송과체 내에서 빛에 반응하는 특수 단백질 파라 황금성게임랜드 피놉신1(PP1)을 조사한 결과 자외선과 가시광선에 대해 상반된 반응을 보이는 것으로 확인됐다. 송과체에서 발생한 신경 신호는 눈에서 들어오는 시각 정보와 통합되며 물고기의 자연스러운 수중 수직 움직임을 유도했다.
송과체의 PP1 유전자를 없앤 물고기는 빛의 파장 변화에 따른 반응이 현저히 감소했다. PP1에서 발생한 신호가 물고기의 수 릴게임골드몽 직 움직임에 핵심적인 역할을 한다는 뜻이다.
테라키타 교수는 "연구 결과는 PP1 기반 광유전학을 이용한 신경 회로 식별과 같은 신경과학 및 생의학 분야의 응용에 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.
<참고 자료> - doi.org/10.1073/pnas.2520290123
[이병구 기자 2bottle9@donga.com]