Feeding frequency sets the rhythm of asexual reproduction in the sea anemone Cylista elegans

부두에 살고 있는 작고 알록달록한 말미 말미인 Cylista elegans를 상상해 보세요. 이 작은 생물에게는 초능력이 있습니다. 바로 자신을 복제할 수 있다는 것입니다. 일반적인 방식으로 새끼를 치는 대신, 자신의 발(기저판이라고 불리는 부분)의 작은 조각을 떼어내는데, 이 조각이 자라나 완전히 새로운 독립된 말미 말미가 됩니다. 마치 인간이 손톱을 떨어뜨렸는데 그것이 즉시 새로운 사람이 되는 것과 같습니다.

하지만 여기서 큰 의문이 생깁니다. 이 작은 괴물은 무엇 때문에 자신의 일부를 떼어내기로 결정하는 걸까요? 배가 고파서일까요? 아니면 배가 불러서일까요? 그리고 이것은 일정한 일정에 따라 일어나는 일일까요?

과학자 C.D. Wells와 L.G. Harris는 이 말미 말미들을 대상으로 "식사 시간" 놀이를 하며 이 사실을 알아내기로 했습니다. 그들은 네 가지 다른 그룹을 설정했습니다:

1. 축제 팀: 매일 먹이를 먹음.
2. 격일 팀: 이틀에 한 번씩 먹이를 먹음.
3. 4일마다 팀: 4일에 한 번씩 먹이를 먹음.
4. 단식 팀: 아무것도 먹이지 않음.

그들은 35일 동안 이들을 관찰하며, 얼마나 성장했는지와 얼마나 많은 "복제본"(절단물이라고 불림)을 만들어냈는지 측정했습니다.

놀라운 발견: '얼마나 많이'가 아니라 '언제'가 핵심이다

가장 흥식한 발견은 복제의 타이밍이 마치 음식과 관련해서만 움직이는 생물학적 시계처럼, 먹이 일정과 완벽하게 동기화되어 있다는 점입니다.

말미 말미의 위를 바쁜 주방이라고 생각해 보세요. 음식이 도착하면, 주방은 식사를 처리하기 위해 열심히 일하는 요리사들(소화 과정)로 북적입니다. 이 시간 동안 말미 말미는 복제를 중단합니다. 식사를 하는 데 너무 바빠서 자신의 일부를 떼어낼 여유가 없는 것입니다.

• "배고픔"의 리듬: 식사가 소화되면(먹은 지 약 하루 뒤), 주방이 비워지고 말미 말미는 복제를 할 수 있는 허가(그린 라이트)를 받습니다.
• 2일마다 팀: 이들은 먹이를 먹고, 소화를 위해 하루를 기다린 다음, 둘째 날에 복제를 했습니다. 그들은 이 2일 주기를 완벽하게 따랐습니다.
• 4일마다 팀: 이들은 먹이를 먹고, 소화를 위해 3일을 기다린 다음, 넷째 날에 복제를 했습니다. 그들은 완벽한 4일 리듬을 따랐습니다.
• 매일 팀: 이들은 매일 먹이를 먹었습니다. 그들은 항상 소화 중이었기 때문에, 복제를 할 수 있는 조용한 순간을 결코 찾지 못했습니다. 그들은 리듬 없이 무작위로 복제했습니다.

따라서 이 논문은 복제의 리듬이 전적으로 현재의 먹이 일정에 의해 결정된다는 것을 증명합니다. 만약 일정을 바꾸면, 리듬도 즉시 변합니다. 어제 무엇을 먹었는지는 중요하지 않습니다. 오늘 새로운 일정에 맞춰 먹이를 준다면, 그들은 새로운 박자에 따릅니다.

"얼마나 많이"의 미스터리: 먹기 vs 굶기

타이밍은 일정에 관한 것이었지만, 복제의 총 개수는 다른 이야기였습니다.

과학자들은 어떤 양의 음식이라도 아예 없는 것보다는 낫다는 것을 발견했습니다.

• 먹이를 준 말미 말미들은 (매일 먹든, 이틀에 한 번 먹든, 4일에 한 번 먹든) 35일 동안 대략 비슷한 총수의 복제본을 만들어냈습니다.
• 굶긴 말미 말미들은 복제본을 현저히 적게 만들어냈습니다.

이것은 공장과 같습니다: 전원이 켜져 있는 한(음식이 존재하는 한), 공장은 일정한 속도로 가동됩니다. 전력을 높여도(더 자주 먹여도) 공장이 더 많은 제품을 생산하는 것은 아닙니다. 그저 불을 밝혀둘 뿐입니다. 하지만 전력을 끊으면(기아 상태), 생산량은 떨어집니다.

흥미롭게도, 매일 먹이를 준 말미 말미들은 이틀에 한 번 먹이를 준 말미 말미들보다 크게 빨리 자라지 않았습니다. 사실, 매일 먹이를 주는 것이 약간 덜 효율적이었습니다. 마치 말미 말미의 위가 한 번에 처리할 수 있는 양이 정해져 있어서, 과도한 음식은 그냥 쌓여 있거나 낭비되는 것과 같습니다.

"과거 vs 현재"의 반전

과학자들은 두 번째 실험을 진행했습니다. 첫 번째 라운드에서 매일 먹이를 받았던 말미 말미들을 4일 일정으로 바꾸고, 그 반대의 경우도 수행했습니다.

그들은 리듬(타이밍)이 새로운 일정에 맞춰 즉시 재설정된다는 것을 발견했습니다. 말미 말미들은 예전의 습관을 가져가지 않았습니다. 그러나 복제의 총 개수는 과거의 흔적을 약간 보여주었습니다. 첫 번째 라운드에서 잘 먹었던 말미 말미들은 약간의 "에너지 예비분"을 축적해 둔 것처럼 보였고, 덕분에 두 번째 라운드에서 새로운 일정과 상관없이 약간 더 많은 복제본을 생산할 수 있었습니다. 이는 저축 계좌와 같습니다: 잘 먹은 말미 말미는 소비 일정(먹이 주기)이 바뀌더라도 나중에 복제에 쓸 수 있는 더 많은 저축액을 가지고 있는 것입니다.

이것이 바다에 의미하는 바

이 연구는 말미 말미가 굶주림 때문에 스스로를 복제한다는 가설을 배제합니다. 사실, 이 특정 종(Cylista elegans)에게 복제는 건강과 먹이 섭취의 신호입니다. 그들은 에너지가 있을 때 복제하지만, 먼저 소화를 시키기 위해 잠시 멈춥니다.

이것은 굶주릴 때 (생존을 위한 마지막 수단으로) 복제하는 다른 어떤 말미 말미들과는 다릅니다. Cylista elegans는 마치 자신감 넘치는 건축가와 같습니다: "나는 음식이 있고, 성장하고 있으며, 나의 복사본을 만들 충분한 에너지가 있다!"

과학자들은 이러한 먹이와 복제 사이의 긴밀한 연결 고리가 왜 이 종이 매사추세츠의 새로운 항구에서 살아남는 데 어려움을 겪었는지를 설명해 줄 수 있다고 제안합니다. 만약 항구의 먹이 공급이 예측 불가능하거나 희박하다면, 이 말미 말미들은 복제 리듬을 유지할 수 없습니다. 이는 인구수가 줄어들어 멸종할 수도 있음을 의미합니다. 이 생물들에게 있어 거대한 가족을 만드는 열쇠는 단순히 겨울을 살아남는 것이 아니라, 믿을 만한 점심 식사를 확보하는 것임을 상기시켜 줍니다.