개구리에 대한 흥미로운 사실들' 과 '개구리가 중요한 이유 읽어보셨나요 ? 저는 양서류가 어둠 속에서 빛을 낼 수 있다는 사실을 알기 전부터 이미 개구리를 제 세상의 빛나는 별처럼 여겼답니다! 이번 글에서는 양서류에서 생물발광 현상이 얼마나 널리 발견되었는지, 그 의미는 무엇인지, 그리고 그 능력이 양서류뿐 아니라 우리에게도 어떻게 유용한지 이야기해 보려고 합니다.
위 이미지에서 크랜웰뿔개구리( Ceratophrys cranwelli )는 빛을 비추면 녹색으로 빛납니다. 사진은 Jennifer Y. Lamb과 Matthew P. Davis가 촬영했으며, 출처는 "도롱뇽과 기타 양서류는 생물형광으로 빛난다"입니다 .
양서류에서 생물형광이 어떻게 발견되었는가
옛날 옛적에 (더 정확히는 2020년에) 미네소타주 세인트 클라우드 주립대학교에 두 명의 연구원이 있었는데, 그들은 양서류가 특정 종류의 빛 아래에서 빛을 낼 수 있는지 궁금해했습니다. 한 명은 양서류와 파충류의 행동, 생활사 및 기타 생물학적 측면을 연구하는 파충류학자 제니퍼 램 박사였고, 다른 한 명은 심해어류와 그들이 어둠 속에서 살아가는 데 도움이 되는 생물발광과 같은 특성을 어떻게 진화시켜 왔는지 연구하는 매튜 P. 데이비스 박사였습니다. 그들이 발견했을 당시, 생물발광은 다른 수생 동물에서 이미 관찰되었지만, 양서류에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았습니다. 그래서 그들은 양서류에서 생물발광이 흔한지 조사 , 그것이 얼마나 널리 퍼져 있는지 알고 깜짝 놀랐습니다! 처음에는 성체 도롱뇽에 초점을 맞췄지만, 다른 양서류 집단과 생애 단계까지 조사하면서 모든 양서류에서 생물발광이 나타난다는 사실을 발견하고 흥분했습니다!
분명히 말씀드리지만, 이 말은 여러분이 늦은 밤 번식지 연못 옆을 지나가다가 달빛 아래에서 은은하게 빛나는 개구리를 볼 수 있다는 뜻은 아닙니다. 왜냐하면 그 현상을 관찰하려면 특별한 조명과 장비가 필요하기 때문입니다. 하지만 전 세계 개구리와 양서류 애호가들에게 다행스럽게도, 램과 데이비스는 생물 형광을 감지하는 데 필요한 장비뿐만 아니라 그 현상을 찾아내는 아이디어와 노하우까지 갖추고 있었습니다!
도롱뇽에서 관찰되는 다양한 생물형광 패턴. 이미지 제공: Jennifer Y. Lamb 및 Matthew P. Davis, " 도롱뇽과 다른 양서류는 생물형광으로 빛난다" .
생물형광은 다른 파장의 빛을 재방출하는 현상입니다
생물형광은 다릅니다 . 생물발광은 살아있는 유기체가 자체적으로 빛을 생성하고 방출하는 현상으로, 어떤 종류의 내부 화학 반응을 통해 빛을 내거나, 드물게는 공생 박테리아에 의해 빛을 내는 경우도 있습니다. 아귀, 해파리, 반딧불이, 그리고 일부 버섯 등이 생물발광을 하는 생물로 알려져 있습니다.
생물형광은 생명체가 청색이나 자외선 영역과 같은 고 에너지 파장 의 빛을 흡수한 저 파장 빛을 다시 방출할 에서 춤을 출 때 흰색 티셔츠에서 나오는 밝은 청자색 빛(형광)을 비교해 보세요.
양서류의 생체 형광 능력을 밝히기 위해 램과 데이비스는 양서류에 청색광과 자외선광을 비추고, 외에는 모든 . 특히 청색광 아래에서 조사한 모든 양서류는 다양한 강도의 녹색에서 노란색에 이르는 빛을 여러 패턴으로 방출했습니다. 많은 경우, 형광은 이미 전체 스펙트럼의 빛 아래에서 우리 눈에 보이는 밝고 선명한 점이나 줄무늬에서 나왔습니다. 어떤 경우에는 배 부분이 밝게 빛나고 등은 어두웠으며, 또 다른 경우에는 마치 짝의 관심을 끌려는 듯 주로 총배설강 부위가 밝게 빛났습니다. 전체 스펙트럼의 빛 아래에서 흐릿하게 보이는 종조차도 어떤 형태로든 형광을 발했습니다. 전반적으로, 빛을 비추었을 때 빛을 내는 조직이나 물질은 피부, 뼈, 점액질의 피부 분비물, 소변 등 다양했습니다.
이처럼, 이러한 현상을 유발하는 구조적 또는 화학적 메커니즘은 아직 밝혀지지 않았으며, 추가 연구가 필요하다. 그럼에도 불구하고, 연구진이 조사한 다양한 동물에서 생물형광이 나타난다는 사실은 이 특성이 현대 양서류의 조상에서 초기에 진화했음을 시사한다.
동부호랑이도롱뇽( Ambystoma tigrinum )의 노란색 반점은 푸른빛 아래에서 녹색으로 빛납니다. 사진은 Jennifer Y. Lamb과 Matthew P. Davis가 촬영했으며, 출처는 "도롱뇽과 다른 양서류는 생물형광으로 빛난다"입니다 .
양서류에게 생물형광이 중요한 이유는 무엇일까요?
램과 데이비스는 양서류에서 관찰된 생체 형광 특성이 종간 또는 개체군 내 의사소통과 신호 전달에 중요한 역할을 할 수 있다는 가설을 세웠습니다. 이를 검증하기 위해서는 양서류의 눈이 생체 형광에 대한 구조적 민감성을 진화시켰는지, 그리고 양서류가 자연 서식지에서 이러한 현상을 유발하는 주변광에 노출되는지 여부를 확인해야 합니다. 생체 형광은 양서류의 일상생활에서 경고색(잠재적 포식자를 쫓아내는 색), 모방 또는 위장과 같은 다른 역할도 할 수 있습니다.
얼룩무늬도롱뇽(Ambystoma opacum)의 총배설강은 짝의 관심을 끌기 위해 밝게 빛날 수 있다. 사진은 Jennifer Y. Lamb과 Matthew P. Davis가 촬영했으며, " 도롱뇽과 다른 양서류는 생물형광으로 빛난다" .
양서류의 생물발광이 인간에게 중요할 수 있는 이유는 무엇일까요?
그래서 개구리와 다른 양서류들이 제 눈에는 훨씬 더 멋지게 보이기 시작했어요! 램과 데이비스가 지적했듯이, 이들의 생물 형광 능력은 "이 매혹적인 척추동물에 대해 우리가 아직 배워야 할 것이 얼마나 많은지를 새롭게 보여줍니다.".
항생, 진통 및 기타 약학적으로 매우 중요한 특성을 지닌 수십 가지의 피부 분비물을 생성한다는 사실을 알고 있으며 , 아마도 수백, 수천 가지의 물질이 더 발견되기를 기다리고 있을 것입니다. 최근에는 개구리 둥지에서 생성되는 거품이 인간을 위한 순한 국소 약물 전달 시스템으로 활용될 수 있는 천연적이고 안정적이며 생체 적합성 있는 물질로 제안되었습니다.
이제 양서류의 생체 형광 단백질과 기타 분비물 또는 조직은 새로운 의학사에 한 획을 그을 잠재력을 지니고 있습니다. 2008년 노벨 화학상은 녹색 형광 단백질(GFP) , 이 물질은 현재 생명체의 세포 및 시스템 기능 연구에서 형광 표지자로 널리 사용되고 있습니다.
개구리가 의학 연구 기술을 더욱 발전시킬 수 있는 생체 형광 물질을 생성하거나 보유하고 있을 가능성이 있을까요? 이미 다양한 수생 생물에서 이러한 가능성을 지닌 생체 형광 물질을 찾는 연구가 진행 중입니다(NOVA/내셔널 지오그래픽 특별 다큐멘터리 ' 빛의 생물들'을 ). 시간이 지나면 답을 알 수 있겠지만, 만약 여기광을 이용하여 작고 은밀한 양서류를 서식지에서 탐지하는 것이 유용하다면, 생체 형광은 생물학자들이 저렴한 비용으로 양서류의 생물 다양성을 조사하고 모니터링하는 방법이 될 수 있으며, 전 세계적으로 절실히 필요한 양서류 보존 프로젝트에 중요한 도구가 될 수 있다는 점은 매우 흥미로운 일입니다.
Boana punctata ) 를 포함한 열대 청개구리에 대한 현장 연구를 수행했습니다 Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). LED UV-B 손전등을 이용한 열대 청개구리의 형광 현상 현장 조사. Herpetology Notes. 12. 987-990