The endoderm cell trajectory of urochordate Styela clava reveals the dual developmental origin and evolution of digestive tract

소화계를 모든 동물이 성장 과정에서 짓는 복잡하고 여러 개의 방이 있는 집이라고 상상해 보세요. 과학자들은 이러한 집들이 종마다 매우 다르게 생겼다는 사실을 오래전부터 알고 있었지만, 그 설계도가 어떻게 그려졌는지, 혹은 서로 다른 방들(위나 장 같은 것들)이 우리의 진화적 가계도에서 원래 어디에서 왔는지에 대해서는 확신하지 못했습니다.

이 연구는 Styela clava라고 불리는 작은 바다 생물인 멍게(또는 해초괴)에 초점을 맞추고 있습니다. 이 생물을 척삭동물(인간, 생쥐, 물고기를 포함하는 그룹)이 어떻게 진화했는지 이해하도록 돕는 '살아있는 화석' 또는 '시간 여행을 하는 사촌'이라고 생각하면 됩니다. 연구진은 이 생물이 유생에서 성체로 변할 때 정확히 어떻게 자신의 소화계라는 "집"을 짓는지 알아보고 싶었습니다.

연구 결과는 다음과 같이 간단하게 정리할 수 있습니다.

1. "세포 인구 조사"
연구진은 이 생물의 생애 다섯 단계에서 거의 27,000개의 개별 세포를 고성능 기술로 스냅샷 촬영했습니다. 이는 건물이 어떻게 올라가는지 보기 위해 일주일 동안 매일 건설 현장을 사진으로 찍는 것과 같습니다. 그들은 이 세포들을 21개의 서로 다른 그룹으로 분류했는데, 이는 마치 작업자들을 특정 직함(배관공, 전기공, 목수 등)에 따라 조직하는 것과 같습니다.

2. "두 팀의" 건설 작업팀
가장 놀라운 점은 소화계가 하나의 큰 작업자 그룹에서 시작되지 않았다는 것입니다. 대신, 그것은 두 개의 뚜렷한 팀인 "전구체" 세포(원재료 또는 견습생)로부터 시작되었습니다.

• A팀은 위를 만드는 데 운명이 정해져 있었습니다.
• B팀은 장을 만드는 데 운명이 정해져 있었습니다.
  "의사 시간(pseudotime)"이라는 특별한 디지털 도구(세포의 미래 경로를 보기 위해 되감기/앞으로 가기 버튼 역할을 함)를 사용하여, 연구진은 이 두 팀이 초기에 갈라져 각자의 목적지를 향해 행진하는 것을 관찰했습니다.

3. "가족 닮은꼴"
연구진이 Styela clava의 설계도를 생쥐와 비교했을 때, 놀라운 가족적 유사성을 발견했습니다. 해파리(멍게)의 두 팀은 생쥐 배아의 두 가지 특정 세포 유형(결정적 내배엽 및 내장 내배엽)과 일치했습니다. 이는 위와 장을 위한 두 개의 분리된 기원을 갖는다는 아이디어가 단지 멍게만의 특이한 점이 아니라, 우리를 포함한 모든 척삭동물의 공통 조상에게 존재했을 법한 고대의 규칙임을 시사합니다.

4. "조기 결정" 규칙
그들이 발견한 한 가지 흥식한 차이점은 타이밍에 관한 것입니다. 멍게의 경우, 작업자들이 위를 만들지 장을 만들지를 과정의 매우 초기에 결정합니다. 이는 마치 대학 첫날에 전공을 선택하는 학생과 같습니다. 척추동물(생쥐나 인간 같은)의 경우, 이 결정은 조금 더 나중에 일어나며, 세포들이 특정 경로를 선택하기 전까지 더 오랫동안 방황할 수 있는 시간을 줍니다.

핵심 요약
이 논문은 새로운 의학적 치료법이나 질병 치료법을 제시하지 않습니다. 대신 역사적인 미스터리를 해결합니다. 이 연구는 현대 동물들의 복잡한 소화관이 고대의 "두 팀" 시스템으로부터 진화했다는 것을 보여줍니다. 이 단순한 바다 생물을 연구함으로써, 우리는 모든 척삭동물의 소화계를 만들기 위해 자연이 사용했던 원래의 건축 설계도를 볼 수 있으며, 위와 장이 항상 두 개의 별개 뿌리를 가지고 있었다는 사실을 밝혀냅니다.