매일 저녁 야행성 하와이 밥 테일 오징어 ( euprymna scolopes ) 태평양의 얕은 바닷물에있는 굴에서 새우를 찾아 사냥을합니다. 이 부드러운 몸매, 골프 공 크기의 두족류는 물개, 장어 및 물고기와 같은 포식자로부터 보호 할 것이 많지 않습니다. 그래서 그들은 다른 유기체에 의존하여 도움을줍니다 :박테리아 vibrio fischeri . 이 미생물은 오징어의 잉크 주머니에 내장 된 기관에 살고 달의 조명에 맞게 밤새 빛을 방출합니다.
.플로리다 대학의 우주 생명 과학 연구소의 미생물학자인 제이미 포스터 (Jamie Foster)는“기본적으로 오징어에 대한 약간의 보이지 않는 망토처럼 작용하고있다. 포식자로부터 보호하는 위장에 대한 도움을받는 대가로, 오징어는 박테리아를 공급하고 장기에 유인하기 위해 설탕을 제공합니다.
이 상호 유익한 관계는 수백만 년에 걸쳐 진화 해 왔으며 다세포 동물과 미생물이 어떻게 협력하여 생존 가능성을 높이는 지에 대한 수많은 예 중 하나입니다. 그러나 과학자들은 이러한 관계가 어떻게 진화하는지 또는 이러한 공생을 장려하는 전문 기관을 키우기 위해 동물을 박차를 가하는 것에 대해 거의 알지 못합니다.
이제 포스터와 국제 연구원 팀이 하와이 밥 테일 오징어의 게놈을 매핑하여 이러한 질문을 탐색하는 새로운 도구를 만들었습니다. 이 팀은 오징어의 게놈을 구문 분석함으로써 이미 가벼운 기관의 진화가 생식을지지하는 두 번째 공생 기관의 진화와 완전히 다른 경로를 따랐다는 것을 이미 발견했습니다. 국립 과학 아카데미의 절차에 출판 , 그 결과는 인간의 사람들을 포함하여 동물 미생물 상호 작용에 대한 향후 연구를위한 토대를 마련했습니다.
이 작업은 또한 오징어에 대한 첫 번째 게놈의 완성과 2015 년 낙지에 대한 게놈지도를 발표 한 후 모든 종류의 세 팔로 류에 대한 두 번째 게놈 만 완성 된 것으로 나타났습니다.
촉수, 색이 바뀌는 피부 및 기타 생물학적 참신함을 감안할 때, 밥 테일 오징어는 인간이나 다른 동물의 공생 연구를 돕는 가장 명백한 후보처럼 보이지 않을 수 있습니다. 그러나 과학자들은이 종을 30 년 넘게 공생 모델로 연구했습니다. 포스터는“우리는 많은 유전자를 공유하고 많은 [유전 적] 경로를 공유하므로 우리의 건강에 대해 이러한 모델 시스템에서 많은 것을 배울 수 있습니다. 예를 들어, 그녀는 인간과 오징어가 동일한 면역계 구성 요소를 공유한다고 지적했다. 실제로, 우리의 면역 체계는 너무 비슷하여 포스터는 우주 비행에 대한 인간 면역 반응에 대해 더 많이 배우기 위해 우주로 오징어를 보냅니다.
이러한 유용한 공통점 외에도 Bobtail Squid는 공생 연구에 적합한 독특한 품질을 가지고 있습니다. 인간의 장과 대부분의 다른 공생 기관이 자연 전체에서하는 것처럼 박테리아 컨소시엄과 파트너십을 맺지 않고 Bobtail Squid의 가벼운 기관은 V와 엄격하게 일부일처 제 관계를 조성합니다. Fischeri . 오징어의 면역 체계는 가벼운 기관 내 에서이 유형의 박테리아 만 인식하고 육성하여 다른 모든 구혼자를 막습니다. 코네티컷 대학교의 공생 전문가이자 연구에 대한 공동 저자 인 스펜서 나이 홀름 (Spencer Nyholm)은“우리는 단지 하나의 호스트와 하나의 공생을 가지고 있기 때문에 진행중인 일을 더 쉽게 분리하는 것이 더 쉽다”고 말했다.
게놈이 이제 매핑되면 연구원들은 다음 단계를 수행하고 이러한 관계가 전개되는 해부학 적 부위의 기원을 탐색 할 수 있습니다. 가벼운 기관의 경우, 오징어는 하늘의 빛과 일치하도록 방출되는 빛을 모니터링하고 조절할 수 있어야했습니다. Nyholm은“그들은 기본적으로 눈과 비슷한 일을 할 수있는 방법이 필요했습니다. 그리고 실제로, 팀은 반사 핀이라는 고농도의 반사 단백질을 생산하는 것을 포함하여 오징어의 눈에 광범위하게 사용되는 광기에서 활성 유전자를 발견했습니다. 오징어에는이 유용한 새로운 기관을 만들기 위해 이미 사용할 수 있었던 복제 및 수정 유전자가있는 것으로 보입니다.
팀이 연구 한 두 번째 공생 기관인 액세서리 니나 메모 글 랜드 (Ang)는 다른 방식으로 일어났다. ANG는 암컷에서만 발견되며 다른 식민지 미생물로 인해 오징어의 알을 보호하는 젤라틴, 박테리아가 함유 된 코팅을 생성합니다. 이 기관에는 많은 유형의 박테리아가 수용되어 있으며, 밥 테일 오징어의 신체 나 다른 오징어에서 다른 곳에서 활동하지 않는 새로운 유전자를 강렬하게 발현합니다. Nyholm은“이 기관이 진화하기 위해이 유전자를 구성해야했습니다.
두 기관은 개별적으로 진화했지만, 둘 다 약 3 천만 년 전 가벼운 기관의 경우 비교적 최근의 오징어 진화에서 튀어 나온 것으로 보입니다. 오징어와 문어가 발산 한 지 약 2 억 4 천만 년이 지났습니다.
Cornell University에서 공생 공생을 공부하는 곤충 학자 인 Angela Douglas는“엄청난 기여라고 생각합니다. . 그녀는 게놈을 사용하여 연구자들은 이러한 기관이 어떻게 진화했는지에 대한 특정 시나리오를 배제하고 동물이 미생물과 건강한 관계를 형성하는 방법에 대해 더 깊이 파고들 수 있어야한다고 지적했다.
.Douglas는“우리는‘미생물이 나쁘다’,‘청결은 경건함 옆에 있습니다.’라는 패러다임을 가지고 있으며 동물들은 미생물을 감지하고 죽이는 데 매우 능숙하다 "고 Douglas는 말했다. 그러나 많은 생물들은 일반적으로 미생물에 대한 서식지를 제공합니다. 그녀는“우리는 그들을 용납 할뿐만 아니라 실제로 필요합니다.”
.이 새로운 게놈은 또한 연구자들이 미생물이 어떻게 숙주 진화에 영향을 미치고 그 반대에 영향을 미치는지 연구하는 데 도움이 될 것이라고 호주 노스 퀸즐랜드의 제임스 쿡 대학교 (James Cook University)의 해양 생물 학자이자 최근 MBIO 의 저자는 말했다. 다양한 해양 종에 걸쳐 이러한 유형의 공동 진화에 대한 논문 문서화 증거. "마음의 광범위한 다양성과 풍부한 미생물로 인해 이러한 공동 조상 개념을 이해하기 시작하는 것은 어려운 일입니다." 그러나 Bobtail Squid 모델의 단순성과 이제 게놈의 가용성은 이러한 복잡성의 일부를 밝히는 데 도움이 될 것입니다.
유기체가 미생물에 의존하는 다양한 방법은 위장과 계란 보호를 훨씬 뛰어 넘습니다. 예를 들어, 꿀벌은 8 가지 유형의 장내 박테리아에 의존하여 건강을 유지하고 진딧물은 박테리아에 의존하여 식단에서 쉽게 찾을 수없는 아미노산을 생산합니다. Moran의 진딧물에 대한 Genomic 연구에서 그녀는 곤충이 재활용 유전자와 새로운 유전자의 조합으로 아미노산 생산 기관을 제작한다는 것을 발견했습니다.
미생물을 먹이고 수용하는 것 외에도 동물 숙주는 그들이하는 유익한 작업을 지원하기 위해 진화했습니다. 연구원들은 밥 테일 오징어가 카메라 셔터처럼 잉크 주머니를 사용하여 나오는 빛의 양을 조절할 수 있다고 Nyholm은 말했다. 그리고 오징어의 혈액 세포 중 일부는 가벼운 기관으로 들어가서 스스로를 희생하여 그 과정에서 설탕 과립을 방출하는 것처럼 보입니다. 그런 다음 박테리아는 발효를 위해 설탕을 사용하여 박테리아의 빛을 생산하는 효소 인 루시퍼 라제가 빛을 생성하는 데 도움이되는 산성 환경을 만듭니다.
.인간은 미생물 활동을 지원하는 특정 미세 환경을 진화 시켰다고 Nyholm은 지적했다. 위는 상당히 산성이지만 결장은 알칼리성이 많고 각각의 기관의 다른 미생물 군집은 각각의 조건 하에서 번영합니다. 오징어에서와 같이, 인간 면역 체계는이 다른 지역에서 그 공생을 인식하고 환영하도록 진화했습니다.
그러나 신호가 잘못되고 면역계가 이러한 유익한 박테리아를 인식 할 수 없을 때 염증성 장 질환 및 기타 면역 장애와 같은 상태가 발생할 수 있다고 Nyholm은 지적했다. 따라서 이러한 다양한 환경에서 오징어가 박테리아와 어떻게 의사 소통하는지 이해함으로써 연구자들은 결국 이러한 면역 질환의 기초를 이해하게 될 수 있다고 그는 말했다.
오징어 에서이 공생을 연구 할 때의 장점은 자연적인 단순성입니다. 인간의 직감은 다양한 미생물로 가득 차고보기가 어렵지만 오징어의 가벼운 기관은 v와 일대일 관계를 맺고 있습니다. Fischeri 투명한 피부로 둘러싸여 있습니다. 매디슨 위스콘신 대학교의 미생물 학자 인 마크 만델 (Mark Mandel)은“오징어 시스템은 실제로 박테리아가 호스트에 들어가는 것을 볼 수있어서 절묘합니다.
동물이 미생물과 어떻게 의사 소통하는지 이해하기 위해 다음 단계를 밟으려면, 연구자들은 이제 오징어에서 유전자를 조작하고 녹아웃하여 어떤 기능에 필수적인지를 탐색하는 방법을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. 포스터는“더 큰 질문을 시작할 수있다”고 말했다
그리고 파이프 라인의 다른 두족 류드 게놈 (거대한 오징어, 푸른 링 낙지 등)에 속한 사람들을 포함하여, 과거보다 더 쉽게 생산하는 기술을 포함하여, 연구자들은 곧 밥 테일 오징어와 다른 동물들 사이에서 더 보편적 인 것을 더 잘 장착 할 수있게 될 것입니다.
이 다른 게놈을 이용할 수있게되면 앞으로 몇 년 안에 아마도“실제로 현장을 열 것”이라고 덧붙였다.
.이 기사는 에 재 인쇄되었습니다 theatlantic.com .
