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[유용하의 사이언스 브런치] 환경에 따른 태도 변화, 후성유전학적 근거는

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입력 :ㅣ 수정 : 2021-11-15 08:03 사이언스 브런치 섹션 목록 확대 축소 인쇄

타고난 유전자의 힘을 강조한 유전학
후천적 변화 인정한 후성유전학 부상
일개미가 여왕개미 대신하는 종 발견
외부환경이 단백질 바꿔 계급을 구분
“환경이 행동을 바꾼다”는 가설 증명

‘매너가 사람을 만든다’는 말처럼 사람도 생활습관 변화 같은 후천적 요인만으로 개체의 특성이 변하고 유전될 수 있다는 후성유전학 연구들이 속속 나오고 있다.  IMDb 제공
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▲ ‘매너가 사람을 만든다’는 말처럼 사람도 생활습관 변화 같은 후천적 요인만으로 개체의 특성이 변하고 유전될 수 있다는 후성유전학 연구들이 속속 나오고 있다.
IMDb 제공

“매너가 사람을 만든다.”

14세기 영국 신학자 위컴의 윌리엄이 처음 쓴 말이지만 우리에겐 영화 ‘킹스맨’의 대사로 더 잘 알려져 있다. 후천적으로 습득한 예의범절이 타고난 기질을 바꿀 수 있다는 신념이 반영된 것이다. 20세기 들어 생물학, 특히 유전학이 급속도로 발전하면서 후천적인 환경 변화가 유전자의 힘을 이길 수 없다는 생각이 지배적이었다.

그렇지만 2005년 미국 워싱턴주립대 마이클 스키너 교수의 연구를 시작으로 DNA, RNA 같은 타고난 유전적 요소들의 기본구조가 변하지 않고도 생활습관, 환경 변화 같은 후천적 요인만으로 단백질의 화학적 변화가 발생해 개체에 영향을 미칠 뿐 아니라 후손에게 유전될 수 있다는 사실이 증명되기 시작했다. 후성유전학(Epigenetics) 연구 결과들이다.

후성유전학을 뒷받침하는 재미있는 연구 결과가 최근 또 하나 발표됐다. 미국 펜실베이니아대 의대 세포·발달생물학과, 후성유전학연구소, 독일 프라이부르크대 의대 신경병리학연구소 공동연구팀은 특정 종의 개미는 환경에 따라 개체는 물론 집단의 구조와 기능을 바꿀 수 있다는 사실을 밝혀냈다. 이 같은 연구 결과는 저명한 생명과학 분야 국제학술지 ‘셀’ 11월 5일자에 실렸다.
인도점핑개미는 환경변화에 따라 유전적으로 각인된 계급을 바꾸기도 한다.  미국 케네소주립대 제공
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▲ 인도점핑개미는 환경변화에 따라 유전적으로 각인된 계급을 바꾸기도 한다.
미국 케네소주립대 제공

벌과 함께 사회적 동물을 대표하는 개미에게 각인된 유일한 유전자의 명령은 지위에 따라 다른 사회적 행동을 해야 한다는 것이다. 여왕개미는 알을 낳아 조직을 유지하고 일개미들은 먹이를 찾고 침입자를 막아 알과 조직을 지키고 유지하는 역할을 하는 것도 이 때문이다. 그런데 유전적으로 똑같은 암컷인 여왕개미, 일개미가 어떤 메커니즘으로 계급이 구분되고, 각자의 지위와 역할에서 벗어나지 않는진 명확히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 몸길이의 6~7.5배나 먼 거리를 뛰고 자신보다 두 배나 큰 먹잇감을 쓰러뜨리는 ‘인도점핑개미’라는 종이 이 같은 궁금증을 풀어 줄 것으로 보고 주목했다. 이 개미들은 여왕개미가 후계 없이 죽을 경우 조직이 해체돼 사라지는 것이 아니라 일개미 중 알을 낳을 수 있는 ‘생식 일개미’(gamergate) 중 하나가 뇌 크기를 20~25%까지 줄이고 여왕개미를 대신한다.

연구팀이 다양한 실험을 한 결과 인도점핑개미 집단의 여왕개미와 생식 일개미의 체내에는 ‘유약호르몬’과 ‘엑디손’이라는 물질의 분포가 다르고 이것이 ‘Kr-h1’ 단백질에 변화를 준다는 사실을 밝혀냈다. 사람의 성호르몬에 해당하는 엑디손은 곤충 탈피와 성장에 관여하는 물질이다. 유약호르몬 역시 성장과 탈피를 조절하는 물질인데 ‘청소년 호르몬’이라고도 불리는 것처럼 유충 상태를 유지시키는 역할을 한다. 두 종류의 호르몬에 영향을 받는 Kr-h1 단백질이 개미 사회의 계급 결정에 중요한 역할을 한다는 것이다.

호르몬양의 변화로 Kr-h1 단백질을 활성화하면 생식 일개미는 뇌 크기를 줄이고 여왕개미로 행동한다. 반대로 여왕개미에게 이 단백질을 비활성화하면 일개미처럼 행동한다. 단백질 하나로 달라진 역할을 개미 사회가 수용한다는 사실도 확인했다.
유용하 사회정책부 기자
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▲ 유용하 사회정책부 기자

여왕개미가 사라지는 위기 상황에 맞닥뜨리면 인도점핑개미 중 가장 큰 생식 일개미의 몸속에서 호르몬의 분포가 자연스럽게 변화되면서 Kr-h1 단백질이 활성화되는 것이다.

연구를 이끈 펜실베이니아대 의대 로베르토 보나시오 교수(계산생물학)는 “이번 연구의 핵심 메시지는 후성유전학 연구들에서 보였던 것처럼 환경 변화가 유기체의 행동과 기능을 변화시킬 수 있다는 점”이라며 “쉽게 말하면 모든 개체 안에는 지킬 박사와 하이드가 공존하는데 환경에 따라 어떤 것을 활성화시킬지 결정하는 스위치가 켜지거나 꺼진다는 것”이라고 설명했다.

시중에 나와 있는 자기계발서들을 보면 많은 경우 ‘주변 환경을 바꾸거나 태도를 바꾸면 자기 자신이 바뀌고 결국 성공할 수 있다’는 내용이 담겨 있다. 대부분 책들은 개인의 경험을 나열하고 있지만 이번 연구 결과를 보면 과학적으로도 어느 정도 근거가 있는 셈이다.

유용하 사회정책부 기자 edmondy@seoul.co.kr
2021-11-15 27면
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