무지개 산호초 발견: 빛나는 물고기의 1억 1,200만 년 비밀 이야기

황토색 줄무늬고기(Upeneus sundaicus). 사진 제공: © John Sparks, David Gruber, ScienceDaily.com 편집

미국 자연사 박물관 과학자들이 주도한 새로운 연구는 어류 생물형광의 고대 기원과 이 생물학적 현상에 관여하는 다양한 색깔에 대한 실체를 밝혀냈습니다.

Nature Communications 와 PLOS One 에 최근 게재된 두 건의 상호 보완적인 연구에 따르면, 생물형광은 최소 1억 1,200만 년 전부터 존재해 왔으며, 그 이후로 100번 이상 독립적으로 진화해 왔으며, 이러한 활동의 ​​대부분은 산호초에 서식하는 어류에서 일어나는 것으로 나타났습니다.

새로운 연구에 따르면 바다 물고기의 경우 생물이 빛을 흡수하고, 이를 변환하여 다른 색으로 방출하는 생물형광에는 이전에 보고된 것보다 더 다양한 색상이 관여하며, 녹색, 노란색, 주황색, 빨간색 등 여러 파장이 포함된다는 사실이 밝혀졌습니다.

"연구자들은 바다거북부터 산호까지 해양 동물, 특히 어류에 생물형광이 상당히 널리 퍼져 있다는 사실을 오래전부터 알고 있었습니다."라고 박물관 리처드 길더 대학원 박사과정생이자 두 건의 새로운 연구의 주저자인 에밀리 카는 말했다. "하지만 이 종들이 위장이든, 포식이든, 번식이든 이 독특한 적응을 왜, 어떻게 사용하는지 그 근본 원인을 진정으로 이해하기 위해서는 근본적인 진화 과정과 현재 존재하는 생물형광의 범위를 이해해야 합니다."

네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 연구를 위해 카는 알려진 모든 생물형광 경골어류(현재 살아있는 척추동물 중 가장 큰 그룹을 구성하는 경골어류의 일종)에 대한 포괄적인 조사를 주도했습니다. 그 결과, 459종의 생물형광종이 발견되었으며, 이 중 48종은 이전에는 생물형광이 알려지지 않았던 종이었습니다. 연구진은 해양 경골어류에서 생물형광이 100회 이상 진화했으며, 약 1억 1,200만 년 전으로 추정되는 것으로, 최초의 생물형광은 장어에서 발견되었음을 발견했습니다.

연구팀은 또한 산호초에 서식하는 어류 종들이 산호초에 서식하지 않는 어류 종보다 약 10배 빠른 속도로 생물형광을 진화시켰으며, 약 6,600만 년 전 백악기-고제3기(K-Pg) 멸종 이후 모든 비조류 공룡이 멸종한 이후에 형광을 내는 어류 종의 수가 증가했다는 사실을 발견했습니다.

"이러한 추세는 현대 산호초의 출현과 K-Pg 대멸종으로 산호 다양성이 크게 감소한 이후 어류에 의한 산호초의 급속한 식민지화와 일치합니다."라고 Carr는 말했습니다. "이러한 상관관계는 현대 산호초의 출현이 산호초와 연관된 경골어류의 형광 다양화를 촉진했을 가능성을 시사합니다."

이 연구에서 보고된 459종의 알려진 생물형광성 극골어류 중 대부분은 산호초와 관련이 있습니다.

PLOS One 연구 에서 Carr와 동료들은 자외선 및 청색 여기광과 방출 필터를 갖춘 특수 사진 장비를 사용하여 박물관 어류 컬렉션에 있는 물고기가 방출하는 빛의 파장을 관찰했습니다. 지난 15년간 솔로몬 제도, 그린란드, 태국에서 박물관 탐사를 통해 수집된 이 연구에 사용된 표본들은 이전에도 형광을 발하는 것으로 관찰되었지만, 생물 형광 방출의 전체 범위는 알려지지 않았습니다.

새로운 연구에 따르면, 조기어류가 내는 색상이 이전에 보고된 것보다 훨씬 더 다양합니다. 그중 일부 과는 여러 색상의 파장에 해당하는 최소 6개의 형광 방출 피크를 보입니다.

"이러한 다양한 형광 어류에서 관찰된 놀라운 변이는 이 어류들이 종 특이적인 형광 방출 패턴에 기반한 매우 다양하고 정교한 신호 전달 체계를 사용한다는 것을 의미할 수 있습니다."라고 새로운 연구의 저자이자 Carr의 지도교수인 박물관 큐레이터 존 스파크스는 말했습니다.

"이 연구들이 보여주듯이, 생물형광은 해양 어류에서 널리 퍼져 있으며 표현형 또한 매우 다양합니다. 우리가 진정으로 더 잘 이해하고 싶은 것은 이처럼 매우 다양한 해양 어류 계통에서 형광이 어떻게 기능하고, 또한 다양성 증가에 어떤 역할을 하는지입니다."

연구진은 또한 이 연구에서 발견된 다양한 파장의 형광 방출이 형광 유도 질병 진단 및 치료를 포함한 생물의학적 응용 분야에서 일상적으로 사용되는 새로운 형광 분자를 식별하는 데 영향을 미칠 수 있다고 언급했습니다.

이 연구에 참여한 다른 저자로는 네브래스카 링컨 대학과 박물관의 르네 마틴, 클렘슨 대학의 메이슨 서먼, 캘리포니아 주립 대학의 칼리 코헨, 조지 워싱턴 대학의 조나단 휴이, 뉴욕 시립 대학의 바룩 칼리지와 대학원의 데이비드 그루버, 러트거스 대학의 테이트 스파크스가 있습니다.

솔로몬 제도의 연구는 국가과학재단의 지원금 번호 DEB-1257555로 이루어졌습니다.

박물관은 Explore21 탐험의 첫 번째 후원을 해주신 달리오 재단에 깊은 감사를 표합니다.

박물관의 Exlopre21 이니셔티브는 캐서린 P.와 토마스 L. 켐프너 주니어의 리더십 기여로 아낌없이 지원받고 있습니다.

2019년 콘스탄틴 S. 니아르코스의 그린란드 탐험은 스타브로스 니아르코스 재단의 후원을 받았습니다.

태국의 연구는 박물관과 국립과학재단 대학원 연구 펠로우십 프로그램의 보조금 번호 DEB-1938103에 따라 자금 지원을 받았습니다.

이 연구에 대한 추가 자금은 미국 국립과학재단으로부터 DGE-1746914라는 보조금으로 지원되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250617014149.htm