우리의 인간의 두뇌는 진화의 최신 성취처럼 보일 수 있지만, 그 성취의 뿌리는 깊게 이루어졌습니다. 현대의 뇌는 수백만 년 동안 복잡한 진보에서 발생했습니다. 진화론 적 생물 학자들은 중추 신경계를 가진 모든 생물, 이중 물질 인을 포함하는 동물 패밀리 트리의 지점을 거슬러 올라가는 것을 추적했지만 신경계의 기본 요소가 훨씬 더 일찍 존재한다는 것은 분명합니다.
.영국 엑서 터 대학교 (University of Exeter)의 연구팀의 최근 발견에 의해 훨씬 더 이전에 얼마나 더 명확 해졌는지. 그들은 신경계에 사용되는 두 가지 중요한 신경 전달 물질 또는 신호 전달 분자의 화학 전구체가 중추 신경계를 가진 생물에 앞에있는 모든 주요 동물 그룹에 나타난다는 것을 발견했다.
.그러나 가장 큰 놀라움은이 분자들이 Choanoflagellates라고 불리는 동물의 단일 세포 친척에도 존재한다는 것입니다. 이 발견은 동물성 신경 펩티드가 최초의 동물의 진화 이전에 발생했음을 보여줍니다.
노르웨이의 SARS International Center for Marine Molecular Biology에서 뉴런의 진화론 적 기원을 연구하는 Pawel Burkhardt는“이 발견은“동물 신경 펩티드가 언제, 어떻게 진화했는지에 대한 오랜 질문을 해결한다”고 말했다. 또한 우리의 뇌의 작동에 근본적인 일부 신호 분자 중 일부는 먼저 단일 세포만으로 구성된 유기체에서 완전히 다른 목적으로 진화했다는 것을 나타냅니다.
.동물 신경계는 서로 연결되는 뉴런으로 만들어졌으며 다양한 작은 펩티드 신경 전달 물질과 시냅스를 가로 지르는 정보를 압축합니다. 이 펩티드는 뉴런이 서로 이야기하는 언어입니다.
그러나 진화론 생물 학자들이 어떤 동물 세포가 그 언어를 처음 사용하기 시작했는지 추론하려고 시도했을 때 초기 동물 진화의 어두움은 방해했다. 신경 펩티드와 매우 유사한 다양한 분자는 ctenophores (Comb Jellies) 및 Cnidaria (해파리, 산호 및 바다 아네모네)를 포함한 거의 모든 초기 동물 그룹에 의해 만들어집니다. 뉴런과 유사한 세포가없는 Placozoans라는 매우 단순한 동물조차도 신경 펩티드를 만듭니다. 스폰지는 유일한 예외 인 것처럼 보였으므로 동물성 신경 펩티드는 일반적으로 동물 나무의 나머지 부분에서 분기 된 후 Cnidars 또는 ctenophores에서 유래 한 것으로 생각되었습니다.
.그러나이 이론의 문제점은 초기 동물 그룹에서 신경 펩티드의 아미노산 서열이 이중 경로 신경 펩티드와 너무 다르기 때문에 조상이 될만큼 충분히 유사하지 않은 것입니다. 더 나쁜 것은, 다양한 관련이없는 신경 펩티드도 많은 단일 세포 동물 또는 원생 동물에 의해 만들어집니다. 뇌 신경 펩티드의 진화 트레일은 덤불로 사라지는 것처럼 보였습니다.
이 곤경은 최근 엑서 터 대학의 Gáspár Jékely 실험실에서 진화론 적 신경 생물학을 연구하는 Luis Yañez-Guerra에 의해 최근에 깨졌습니다. 다양한 동물성 신경 펩티드의 기원과 진화를 추적하기 위해 Yañez-Guerra는 신경 펩티드를 초기에 뚫린 동물의 진화 나무와 그들의 친척 인 Choanoflagellates의 진화 나무에 매핑했습니다.
박사 과정에서 그는 이미 동물성 신경 펩티드의 큰 목록을 이미 만들었고, 동물 나무 아래에서 더 멀리 찾기 시작하면서 Choanoflagellates가 두 개의 성숙한 신경 펩티드 인 Phoenixin 및 Nesfatin의 단백질 전구체를 만들었다는 실현을 우연히 발견했습니다.
.Choanoflagellates에서의 존재는 신경 펩티드가 전형적으로 발신자 및 수신기 뉴런의 맥락에서 나타나기 때문에 놀랍습니다. Yañez-Guerra는“단세포 유기체에서는 이해하기가 더 어렵습니다. “이것은 이러한 뉴런 분자가 세포와 세포 사이의 이러한 광범위한 의사 소통이 필요하기 전에도 진화하기 시작했음을 보여줍니다. 그렇기 때문에 충격적인 이유입니다.”
피닉스 및 네스파트 틴의 전구체는 신경계에 의해 신경 펩티드로 직접 사용되지 않습니다. 대신, 이들 긴 펩티드는 작용하고 성숙한 신경 펩티드가되는 작은 분자로 잘려서 처리되는 화학 전구체이다. 그들의 숨겨진 정체성은 그들이 유망한 리드로 이전에 식별되지 않은 이유 일 수 있습니다.
유전자 발현 데이터를 추가로 검색 한 결과 피닉스와 네스파틴이 뉴로 펩티드 진화를 이해하는 열쇠가 될 수 있다는 Yañez-Guerra의 직감이 확인되었습니다. 전구체 펩티드는 Choanoflagellates에 존재했을뿐만 아니라 모든 초기 동물 그룹, 심지어 스폰지, 간과 된 스폰지에도 존재했습니다.
Burkhardt는 Choanoflagellates의 전구체 분자가 모든 동물에서 발견 된 이들 신경 펩티드와 직접적으로 연결되어 있다고 Burkhardt는 다음과 같이 설명했다.
자연스럽게 발생하는 문제는 다음과 같습니다. 신경 신호 전달이 아니었기 때문에 Choanoflagellates에서 뉴로 펩티드 전구체가 무엇을 수행 했습니까? 아직 결정적인 답은 없습니다. Choanoflagellates는 성숙한 피닉스 뉴로 펩티드를 생성하는 것으로 보이지만 성숙한 네스파트 신경 펩티드는 아니다. Choanoflagellates는 Phoenixin Neuropeptides를 사용하여 서로 의사 소통하기 위해, 예를 들어 Choanoflagellate 콜로니의 형성을 조정할 수 있습니다.
.그러나 그들의 논문에서 Yañez-Guerra와 그의 동료들은 또한 선구자가 다기능적인 "달빛"분자 일 수 있다고 제안합니다. 그들은 펩티드 서열에 기초하여 두 전구체가 분비 될 가능성이 있다고 지적한다. 그들은 또한 피닉스 전구체가 신경 펩티드를 생성하기 위해 가공 될 수 있지만, 그것의 세그먼트는 또한 단백질이 미토콘드리아의 에너지-수확 장비의 중요한 복합 단지를 형성하기 위해 단백질을 올바르게 접을 수 있도록 "샤페론"이 될 수 있다고 언급했다.
.전구체의 진화 동안, 이러한 "달빛"기능에 대한 선택 압력은 세포 간 신호 전달의 필요성보다 더 큰 요인 일 수 있습니다. 현재, Yañez-Guerra와 Burkhardt는 그 기능을 더 잘 이해하기 위해 피닉스 전구체가 누락 된 돌연변이 체 조아 플라 겔 레이트를 연구하기 위해 함께 노력하고 있습니다. 그들은 또한 신경 펩티드를받을 조아 플라 겔 레이트에서 수용체 분자를 찾고 있습니다.
불행하게도,이 두 뉴로 펩티드 전구체가 모든 동물에 의해 공유된다는 사실은 신경계의 초기 진화를 거의 단순화하지 않습니다. 지난 12 월, Burkhardt와 함께 일하는 SARS Center의 Mariia Sachkova와 그녀의 동료들은 기계 학습 도구의 도움을 받아 ctenophore 게놈으로 인코딩 된 많은 독특한 신경 펩티드를 식별했다고보고했다.
신경 펩티드는 Ctenophore 신경계에서 독특한 유일한 것은 아닙니다. 신경망의 구조는 너무 특이하여 연구자들은 인간과 다른 동물에서 볼 수있는 사람들과 독립적으로 진화했다고 의심합니다. Ctenophores가 다른 일을 다르게하는 이유는 미스터리이지만, 신경계는 진화 초기에 엄청난 실험과 혁신의시기를 겪었다는 것은 분명합니다. 그리고 그 실험의 일부는 동물이 존재하기 전에 시작된 실험이 시작된 것입니다.
. 수정 :2022 년 6 월 13 일
원래 개구부 이미지에 묘사 된 미생물은 Choanoflagellate로 잘못 식별되었습니다. 그것은 Choanoflagellates 그룹의 실제 이미지로 대체되었습니다.
