'아이스버킷 챌린지', 박테리아가 계절을 미리 알 수 있다는 사실을 밝혀

'아이스버킷 챌린지'의 도움을 받아 수행된 연구에 따르면 박테리아는 24시간 내부 시계를 사용해 새로운 계절의 시작을 예측합니다. 

이번 발견은 생물 종이 이주 동물에서 꽃식물에 이르기까지 기후 변화에 적응하는 데 있어 일주기 리듬(시계의 분자적 버전)이 어떤 역할을 하는지 이해하는 데 큰 영향을 미칠 수 있습니다.

연구진은 청록색 조류(남조류) 개체군에 일정한 따뜻한 온도에서 다양한 인공적인 낮 길이를 제공했습니다. 플레이트의 샘플은 8일 동안 짧은 낮, 춘분 낮(밝고 어두운 날이 같음), 긴 낮을 받았습니다.

이러한 처리 후, 청록조류를 2시간 동안 얼음에 담가둔 뒤 생존율을 모니터링했습니다.   

얼음 도전에 대비해 짧은 낮(8시간 빛과 16시간 어둠)에 연이어 노출된 샘플은 생존율이 75%에 달했는데, 이는 이런 식으로 준비하지 않은 군집보다 최대 3배 더 높았습니다. 

짧은 하루만으로는 박테리아의 추위 저항력을 증가시키기에 충분하지 않았습니다. 며칠이 지나고, 최적으로는 6~8일이 지나서야 박테리아의 생존 가능성이 크게 향상되었습니다. 

생물학적 시계를 구성하는 유전자를 제거한 남조류에서 생존율은 낮의 길이와 관계없이 동일했습니다. 이는 광주기성(낮과 밤의 주기를 측정하고 다가올 계절을 예상하여 생리학을 바꿀 수 있는 능력)이 새로운 계절이나 기후 변화와 같은 장기적인 환경 변화에 대비하여 박테리아를 준비하는 데 중요하다는 것을 나타냅니다. 

영어: "연구 결과에 따르면 자연의 박테리아는 내부 시계를 사용하여 일광 길이를 측정하고 짧은 날의 수가 특정 지점에 도달하면(예: 가을/가을) 앞으로 닥칠 겨울의 도전에 대비하여 다른 생리학으로 '전환'합니다." 이 연구의 주저자인 루이사 재버 박사가 설명했습니다. 그녀는 이 연구가 진행되었을 당시 테네시주 반더빌트 대학교의 칼 존슨 교수 연구실에서 연구원으로 재직 중이었고, 현재는 존 ​​이네스 센터의 BBSRC Discovery Fellow입니다.  

존슨 연구실은 기계적, 생태학적 관점에서 남조류의 일주기 시계를 연구한 오랜 역사를 가지고 있습니다. 

이전 연구에 따르면 박테리아는 생물학적 시계를 가지고 있으며, 이를 통해 낮과 밤의 길이의 차이를 측정할 수 있어 진화적 이점을 제공할 수 있는 것으로 나타났습니다. 

이번 연구는 과학 저널인 '사이언스'에 게재됐으며, 박테리아의 광주기성이 계절적 신호를 예상하도록 진화했다는 것을 보여준 최초의 연구입니다.  

이러한 발견을 바탕으로 과학적 탐구의 완전히 새로운 지평이 기다리고 있습니다. 핵심적인 질문은 다음과 같습니다. 6~24시간의 수명을 가진 유기체가 단순히 미래의 상황에 반응하는 것이 아니라 예측할 수 있는 메커니즘을 어떻게 진화시킬까요? 

"마치 딸 세포와 손녀 세포에게 날이 짧아지고 있으니 뭔가 해야 한다는 정보를 전달하는 것 같아요."라고 Jabbur 박사가 말했습니다. 

존 이네스 센터의 재버 박사와 동료들은 BBSRC 디스커버리 펠로우십의 일환으로 빠르게 번식하는 모델 종인 남조류를 사용해 기후 변화 중에 다른 종에서 광주기 반응이 어떻게 진화하는지 이해하고, 주요 작물에 응용할 수 있기를 기대합니다.  

이 연구의 핵심 부분은 종에서 정보가 세대를 거쳐 전달되는 분자 기억 시스템에 대해 더 많이 이해하는 것입니다. 연구는 짧은 낮의 밤에 화합물이 축적되면 다른 생리학이나 표현형으로의 변화를 유발하는 분자 스위치 역할을 할 가능성을 조사할 것입니다.  

Jabbur 박사에게 이 연구 결과는 그녀의 과학적 멘토이자 논문의 책임 저자인 Carl Johnson 교수의 회의적인 시각에도 불구하고, 경력 초기에 이룬 과학적 혁신이었습니다. 

"칼은 매혹적인 사람이자 영감의 원천일 뿐만 아니라 내슈빌 심포니 합창단에서 노래하고, 오페라 같은 웃음을 가지고 있어요! 제가 처음으로 얼음 도전에 대한 아이디어를 설명했을 때, 광주기가 남조류의 자연적 요소에 대한 신호인지 알아보려고 했을 때, 그 말이 부서 전체에 울려 퍼졌어요."라고 재버 박사는 말했습니다. 

"공평하게 말해서 그는 나에게 가서 시도해 보라고 했고, 내가 가는 동안 그는 문에 프랭크 웨스트하이머의 인용문이 적힌 표지판을 보여주었습니다. '진보는 늙은 과학자들이 효과가 없을 것이라고 말하는 실험을 수행하는 젊은 과학자들에 의해 이루어진다.' 

"처음에는 효과가 있었습니다. 그런 다음 실험을 반복했습니다. 박테리아가 있는 접시 세트를 보고 그 순간에 아무도 모르는 것을 알게 된다는 것은 매우 소중한 일입니다." 

박테리아는 계절을 미리 알 수 있다: 남조류의 광주기 현상이 Science 에 게재되었습니다 .

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/09/240906141743.htm