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후각기관은 어떻게 1조 개의 냄새를 맡을 수 있는가?
(How One Sense Smells a Trillion Scents)
Brian Thomas

   우리 몸이 냄새를 맡기 위해 하고 있는 일을 생각해보라. 먼저 코(nose)는 냄새의 원인이 되는 화학물질을 감지한다. 그 냄새를 말 그대로 수십억의 다른 냄새들과 구별한다. 우리의 후각기관은 심지어 냄새의 강도도 측정한다. 마지막으로, 과거에 맡았던 냄새의 기억을 빠르게 스캔하여, 그 냄새의 종류와 악취 여부, 또는 독성의 정도를 해석한다. 사람이 실험실에서 이 모든 작업을 수행하려면, 특수한 분석 장비들과 시약들, 그리고 훈련받은 연구자들로 이루어진 대규모의 실험실이 필요할 것이다. 연구원들은 코가 하고 있는 것처럼, 냄새 감지를 가능하게 하는 유전학을 발견하기 위해서, 신경세포의 내부에서 어떤 일들이 일어나고 있는지를 연구했다.






사람은 후각에 관여하는 약 400여 개의 유전자들을 갖고 있다. 이 유전자들은 여러 서로 다른 염색체들에 위치하고 있다. 뉴욕 컬럼비아 대학(University of Columbia)의 스타브로스 롬바르다스(Stavros Lomvardas) 연구실의 연구자들은 신경세포의 핵 내에서, 멀리 떨어져있는 유전자들이 까다로운 냄새를 맡기 위해서 어떻게 그렇게 협력하는지를 궁금해 했다. 연구자들은 마우스에서 후각뉴런(olfactory neurons)이라고 불리는, 코 신경세포의 발달을 관찰하고 놀라운 사실을 발견했다.
 
대부분의 생물학자들은 유전자들과 그것을 조절하는 여러 요소들이 대부분 같은 염색체 내에서 작동될 것이라고 생각하고 있었다. 그러나 생쥐는 약 1,000여개의 후각 수용체 유전자들이 20개의 염색체들 중에서 16개의 염색체들에 분산되어 있었다.[1] 컬럼비아 대학(Columbia University) 뉴스는 이렇게 기술하고 있었다. ”이 과정이 어떻게 수십 년 동안 미스터리로 남아있었던, 그렇게 미세하게 조율된 후각시스템을 작동시키고 있는 것일까?”[1] 연구팀은 후각뉴런(olfactory neurons)이 발달함에 따라, 마치 암탉이 병아리들을 모으는 것처럼, 작은 세포 기계들이 다른 염색체로부터 물리적으로 한 장소로 모이게 된다는 것을 발견했다.

(그림은 여기를 클릭)

프란코이스 스피츠(François Spitz)는 Nature 지의 글에서 그 결과를 이렇게 요약하고 있었다 : ”모나한(Monahan) 등은 생쥐 후각뉴런의 핵에서 다수의 염색체의 특정 부위가 코에서 후각수용체 유전자들의 전체의 발현을 조절하는 한 구조로 모이고 있음을 보여주었다. 반면에 각 세포는 단지 한 유형의 수용체만을 발현하는 것이 확인되었다.”[2]
 
롬바르다스 연구실에서 일하는 케빈 모나한(Kevin Monahan)은 Nature 지 논문의 공동 저자이다.[3] 그는 콜럼버스 대학 뉴스에서, ”이 팀을 이루는 유전자들은 후각 시스템에 다양한 방식으로 반응할 수 있는 능력을 부여한다. 이 과정의 유연성은 새로운 냄새를 쉽게 배우고, 기억하는 방법을 설명하는데 도움이 될 수 있다.”[1]
 
연구팀은 특정 마우스에서 LHX2 유전자를 삭제했다. 그것은 후각 유전자를 조절하는 전사인자(transcription factor)에 대한 암호가 들어있다. 다른 생쥐에서는 LDB1 유전자를 제거했다. 그 유전자는 LHX2의 보조인자(cofactor)에 대한 암호를 갖고 있다. 어느 것이든 삭제는 코 신경 내의 후각 센터의 적절한 발달을 방해했다. 따라서 냄새의 감각은 적어도 LHX2, LDB1 및 일련의 후각유전자들을 모두 필요로 한다.
 
한 주어진 염색체에 소수의 후각수용체 유전자들이 함께 그룹화 된다. 이들 각 무리(clusters)들은 하나의 독특한 후각 수용체 유전자 증강인자(gene enhancer)를 갖고 있다. 전사인자와 보조인자와 함께 작동되면서, 이들 증강인자들은 각 후각뉴런을 독특하게 해주는 염색체간 3D 구조를 구축하는데 도움을 주고 있었다. 그리고 수백의 유전자들이 서로 다른 방식으로 조합될 수 있도록 해주고 있었는데, 이것은 1조(trillion) 가지의 다른 냄새들을 감지할 수 있도록 해준다.
 
수용체 유전자를 제거하면, 냄새 감지는 멈춘다. 필요한 전사인자, 또는 유전자 증강인자를 제거해도, 냄새 감지는 멈춘다. 물론 개체는 전체 후각뉴런, 그들을 위치시킬 코, 코에서 그것들을 넣어둘 장소, 냄새 데이터를 저장하고, 처리하는 뇌가 필요하다. 처음부터 이 부품들이 모두 제자리에 동시에 같이 있어야 냄새를 맡을 수 있다. (따라서 무작위적인 돌연변이들에 의해서 우연히 하나씩 점진적으로 생겨났을 것이라는 설명은 기각된다.)

우리의 탁월한 후각기관은 단지 유독한 냄새를 피하도록 해주는 것만이 아니다. 그것은 장미의 향기뿐만 아니라, 수많은 향긋한 냄새들을 맡을 수 있도록 해준다. 창조주 하나님은 이러한 능력이 세대를 거쳐서 전달될 수 있도록, 매 세대마다 새롭고 독창적인 코를 재건할 수 있도록 우리의 신체를 만드셨다. 그래서 우리는 냄새를 감지함으로서, 위험한 물질을 피할 수 있고, 향긋한 냄새로 인해 미소를 지을 수 있는 것이다. 그러한 능력을 주신 창조주 하나님께 우리는 감사해야한다.

 
References

1. Genes on the Move Help Nose Make Sense of Scents. Columbia University News, Zuckerman Institute. Posted on zuckermaninsititue.columbia.edu January 9, 2019, accessed January 14, 2019.
2. Spitz, F. Chromosomes come together to help mice distinguish odours. Nature. Posted online before print, January 9, 2019, accessed January 14, 2019.
3. Monahan, K., A. Horta, and S. Lomvardas. LHX2- and LDB1-mediated trans interactions regulate olfactory receptor choice. Nature. Published online before print, January 9, 2019, accessed January 14, 2019.

*Brian Thomas is Science Writer at the Institute for Creation Research.


출처 : ICR, 2019. 1. 22.
URL : https://www.icr.org/article/11128/

관련 자료 링크:

1. 코는 이득제어 방법을 사용하고 있다. : 강한 냄새들 사이에서 약한 냄새를 맡을 수 있는 이유 (Nose Has Gain Control)
2. 두더지는 스테레오로 냄새를 맡을 수 있다. (Moles Can Smell in Stereo)
3. 냄새의 차이를 구별하는 코의 부호화 시스템 (Nose Code Rockets Smell Discrimination)
4. 작은 물고기는 수마일 밖에서도 냄새를 맡는다. (Tiny Fish Smell for Miles)
5. 포유동물의 놀라운 능력들 : 바다표범의 GPS, 생쥐의 후각, 동물들의 시간 관리 (Overqualified Mammals)
6. 식물의 냄새 감지, 대응 물질 생산, 구조 변경 등의 복잡한 적응 능력은 내재되어 있던 설계적 특성이다. (Plant's Odor Sensing System Demonstrates Engineered Adaptability)
7. 공룡 연부조직의 발견으로 인한 20년 간의 동요 : 화석에서 나는 냄새는 보고될 수 없었다. (Double-decade dinosaur disquiet)
8. 개가 냄새로 화석을 찾아낼 수 있는 이유는? : 냄새가 나는 화석이 수백만 년 전의 것일 수 있을까? (Can This Dog Sniff Out Fossils?)
9. 바다 물속에서 고대 숲이 발견됐다. : 신선한 나무 냄새가 나는 목재가 52,000년 전의 것? (Underwater Forest Discovered: How Old?)
 
 
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