한 유전자가 파리가 사랑에 빠지는 방식을 완전히 바꿔 놓았습니다.

초파리(Drosophila subobscura) 수컷은 구애 기간 동안 먹이를 토해내 암컷에게 선물로 제공합니다. 출처: Tanaka et al., 2025

일본 연구진은 한 초파리 종에서 다른 종으로 독특한 구애 행동을 유전적으로 전이시켰습니다. 인슐린 생성 뉴런의 단일 유전자를 활성화함으로써 연구팀은 초파리(Drosophila melanogaster) 종이 이전에는 없었던 선물 주기 의식을 수행하도록 성공적으로 만들었습니다. Science 저널에 발표된 이 연구는 단일 유전자를 조작하여 새로운 신경 연결을 생성하고 종 간에 행동을 전이시킨 최초의 사례입니다.

자연에서 대부분의 수컷 초파리는 날개를 빠르게 진동시켜 소리 패턴이나 "구애 노래"를 만들어내며 짝을 구애합니다. 그러나 초파리(Drosophila subobscura)는 매우 다른 전략을 발전시켰습니다. 수컷은 구애 중에 먹이를 토해내 암컷에게 선물로 제공합니다. 이러한 행동은 D. melanogaster 와 같은 근연종에서는 나타나지 않습니다.

이 두 초파리 종은 약 3천만~3천5백만 년 전에 분화되었습니다. 두 종 모두 수컷의 구애 행동을 조절하는 "과일 없는(fruitless)" 또는 "프루(fru)"라는 유전자를 가지고 있지만, 서로 다른 전략을 사용합니다. 한 종은 노래를 하고 다른 종은 선물을 줍니다. 연구진은 이러한 차이의 원인을 발견했습니다. 선물을 주는 초파리( D. subobscura) 의 인슐린 생성 뉴런은 뇌의 구애 조절 중추에 연결되어 있는 반면, 노래를 하는 초파리( D. melanogaste r)의 뉴런은 연결되어 있지 않습니다.

"노래하는 파리의 인슐린 생성 뉴런에서 fru 유전자를 활성화하여 FruM 단백질을 생성하자, 이 세포들이 긴 신경 돌기를 형성하여 뇌의 구애 중추에 연결되어 D. melanogaster 에서 처음으로 선물 행동을 생성하는 새로운 뇌 회로를 형성했습니다."라고 나고야 대학교 대학원 이학연구과 강사이자 공동 주저자인 타나카 료야 박사가 설명했습니다.

연구진은 D. subobscura 배아에 DNA를 삽입하여 특정 뇌세포에 열 활성화 단백질을 가진 초파리를 만들었습니다. 열을 이용하여 이 세포들을 활성화시키고, 음식을 역류시킨 초파리와 역류시키지 않은 초파리의 뇌를 비교했습니다. 연구진은 남성 특이 단백질인 FruM을 생성하는 인슐린 생성 뉴런 16~18개를 뇌의 pars intercerebralis라는 부위에 집중적으로 분포하는 것을 확인했습니다.

"저희 연구 결과는 새로운 행동의 진화가 반드시 새로운 뉴런의 출현을 필요로 하는 것은 아니라는 것을 보여줍니다. 오히려 기존 뉴런 몇 개에서 일어나는 소규모 유전자 재배선이 행동의 다양화로 이어지고 궁극적으로 종 분화에 기여할 수 있습니다."라고 국립정보통신기술연구소(NICT)의 공동 주저자인 하라 유스케 박사는 말했습니다.

NICT의 수석 저자인 다이스케 야마모토 박사는 "우리는 결혼 선물 주기와 같은 복잡한 행동을 유전적 뿌리까지 추적하여 진화가 종의 생존과 번식에 도움이 되는 완전히 새로운 전략을 어떻게 만들어내는지 이해할 수 있었습니다."라고 말했습니다.

"성 결정 유전자 조작을 통한 선천적 구애 행동의 종간 구현(Cross-species implementation of an innate courtship behavior by manipulation of the sex-determinant gene)"이라는 제목의 이 연구는 2025년 8월 14일 과학 저널 사이언스(Science)에 DOI: 10.1126/science.adp5831로 게재되었습니다. 이 연구는 일본 국립정보통신연구기구(NICT)의 하라 유스케 박사와 야마모토 다이스케 박사가 주도하고 나고야대학교 연구진이 공동으로 수행한 연구의 결과물입니다.

자금 조달:

본 연구는 KAKENHI 과학 연구 지원금의 지원을 받아 수행되었습니다: "초기 과학자(프로젝트 번호: 19K16186, 21K15137)", "과학 연구 A(프로젝트 번호: 21H04790)", "변혁적 연구 분야(A): 계층적 생물 탐색 과학(프로젝트 번호: 22H05650, 24H01433)", "과학 연구 C(프로젝트 번호: 23K05846)".

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/08/250816113517.htm