독극물에서 권력으로: 납 노출이 인간 지능 형성에 어떻게 도움이 되었는가

UC 샌디에이고 연구진은 네안데르탈인(왼쪽)과 현생 인류(오른쪽)의 치아에서 높은 수준의 납을 발견했습니다. 그러나 유전자 돌연변이가 현생 인류의 뇌를 보호하여 언어 발달을 가능하게 했을 가능성이 있습니다. 사진 제공: 카일 다이크스/UC 샌디에이고 보건과학

현대 인류의 뇌가 네안데르탈인과 같은 멸종된 인류의 뇌와 그토록 다른 이유는 무엇일까요? 캘리포니아 대학교 샌디에이고 의과대학 연구진은 국제 연구팀과 협력하여 초기 인류와 유인원을 포함한 고대 인류가 이전에 생각했던 것보다 훨씬 일찍, 즉 현대 인류가 납 채굴을 시작하기 최대 200만 년 전에 납에 접촉했다는 사실을 발견했습니다. 이러한 장기간의 노출은 초기 뇌의 진화 방식에 영향을 미쳐, 독특한 보호 유전자 변이를 가진 현대 인류를 제외한 모든 인류의 언어 및 사회성 발달을 저해했을 가능성이 있습니다. 이 연구 결과는 2025년 10월 15일 Science Advances 에 게재되었습니다.

연구팀은 아프리카, 아시아, 유럽에서 발견된 51마리의 원시 인류의 치아 화석을 조사했습니다. 표본에는 네안데르탈인과 같은 현생 인류와 고인류, 오스트랄로피테쿠스 아프리카누스 와 같은 초기 인류 조상 , 그리고 기간토피테쿠스 블라키를 포함한 멸종된 유인원이 모두 포함되었습니다 .

연구 대상 화석의 73%에서 납 흔적이 발견되었고, 현대 및 고대 인류 표본의 71%에서 오염이 확인되었습니다. 180만 년 전의 G. blacki 화석에서 급성 노출 수준이 가장 높게 나타났습니다.

이전에는 인류가 기록된 역사, 특히 납 파이프가 상수도 시스템에 사용되었던 로마 시대와 그 이후 산업 혁명 시기에 이르러서야 상당한 납 노출에 직면하게 되었다고 여겨졌습니다. 납 오염은 20세기 후반 이후에야 감소했습니다.

"우리는 납이 얼마나 독성이 강한지 깨닫고 나서 일상생활에서 납 사용을 중단했지만 선사시대의 납에 대해 연구한 사람은 아무도 없었습니다."라고 캘리포니아 대학교 샌디에이고 의과대학 소아과 및 세포·분자 의학 교수이자 고고화 센터 부소장, 샌포드 통합 우주줄기세포 궤도 연구 센터 소장인 앨리슨 무오트리 박사가 말했습니다.

연구자들은 놀랍게도, 납이 함유된 가솔린과 페인트에 노출되기가 흔했던 20세기 중반(1940년대~1970년대)에 태어난 사람들의 치아에서 고대 인류 화석과 유사한 납 패턴이 발견되었다고 밝혔습니다.

과학자들은 고대 인류와 그 친척들이 물을 찾는 과정에서 납을 접했을 가능성이 있다고 주장하는데, 이는 역사의 후대 로마인들과 비슷한 맥락이다.

"한 가지 가능성은 그들이 흐르는 물이 있는 동굴을 찾고 있었을 가능성이 있습니다." 무오트리는 말했다. "동굴에는 납이 포함되어 있어서 모두 오염된 상태였습니다. 치아 법랑질 검사 결과, 유아기 초기에 시작된 것으로 나타났습니다."

납에 노출되면 뇌의 성장과 기능이 방해를 받고, 지능과 감정 조절이 저하됩니다.

이러한 증거에 직면하여 무오트리와 그의 팀은 현대인이 진화 과정에서 그토록 독성이 강한 환경에도 불구하고 어떻게 번성할 수 있었는지 의문을 품기 시작했습니다.

작은 유전적 변화

신경종양 배쪽 항원 1( NOVA1 ) 이라는 유전자는 뇌 형성과 시냅스 발달에 중요한 역할을 합니다. 신경발달의 핵심 조절 인자로 작용하는 NOVA1은 신경 전구 세포가 납 노출에 어떻게 반응하는지 결정하는 데 도움을 주며, NOVA1의 활성 장애는 신경 질환과 관련이 있습니다.

거의 모든 현생 인류는 네안데르탈인에서 발견된 NOVA1 유전자와 DNA 염기쌍 하나 차이가 있는 NOVA1 유전자를 보유하고 있습니다. 무오트리 연구팀의 이전 연구에서는 오가노이드라고 불리는 소형 뇌 모델에서 현생 NOVA1 유전자를 기존 NOVA1 유전자로 교체했을 때 뇌 구조와 연결성에 극적인 변화가 발생함을 보여주었습니다.

"유전자 변이를 제외하고는 모든 것이 동일하기 때문에 우리와 네안데르탈인 사이의 특정 돌연변이가 우리에게 어떤 이점을 주는지 의문을 제기할 수 있습니다."라고 무오트리는 말했다. 고대 변이는 뇌의 성숙을 촉진했지만, 시간이 지남에 따라 복잡성이 감소하는 결과를 낳았다. "만약 전 세계 모든 인류가 이 새로운 돌연변이를 가지고 있다면, 매우 강력한 유전적 압력이 우리 종에서 이 돌연변이를 선택했을 것입니다."

연구진은 납 노출이 이러한 유전적 변화에 영향을 미쳤는지 확인하기 위해 현대의 ​​NOVA1 변이체와 조상의 NOVA1 변이체를 모두 갖춘 뇌 오르가노이드를 만들어 납에 노출시키고 피질과 시상 신경 세포의 성장을 모니터링했습니다.

연구진은 납이 두 유형의 유기체 모두에서 NOVA1 활동을 변화시켜 자폐증 및 간질과 같은 질환과 관련된 유전자에 영향을 미친다는 것을 발견했습니다.

그러나 구식 NOVA1 변이체만이 언어에 필수적인 유전자인 FOXP2 의 활성을 변화시켰습니다 . 특정 FOXP2 돌연변이를 가진 사람들은 복잡한 단어와 문장을 구성하는 데 어려움을 겪습니다.

"복잡한 언어와 관련된 이러한 유형의 뉴런은 NOVA1 의 고형 버전에서 사멸하기 쉽습니다 ."라고 무오트리는 말했습니다. " FOXP2 유전자는 우리와 네안데르탈인에서 동일하지만, NOVA1 에 의해 조절되는 방식이 언어 차이에 영향을 미치는 것으로 보입니다."

진화적 의미

이 연구 결과는 현대 NOVA1 변이체의 획득이 납의 유해한 영향으로부터 우리를 보호하여 복잡한 언어 발달과 사회적 응집력을 증진시켰을 가능성을 시사합니다. 이는 납 오염이 존재하더라도 현대인이 네안데르탈인에 비해 상당한 진화적 이점을 가졌을 수 있음을 시사합니다.

무오트리는 이러한 결과가 인류 진화 과정에서 환경적 스트레스 요인이 뇌 발달에 어떤 영향을 미쳤는지 이해하는 데 중요한 의미를 지닌다고 생각합니다. 그는 납 노출이 약 4만 년 전 네안데르탈인의 멸종에 영향을 미쳤을 가능성이 있다고 추측합니다.

"언어는 매우 중요한 장점이고, 변혁적이며, 우리의 초능력입니다."라고 무오트리는 말했다. "언어가 있기에 우리는 사회를 조직하고 생각을 교환하며, 대규모 운동을 조율할 수 있습니다. 네안데르탈인이 그런 일을 할 수 있었다는 증거는 없습니다. 그들은 추상적 사고를 가졌을지 모르지만, 그것을 서로에게 전달하지는 못했습니다. 아마도 그 이유는 우리의 복잡한 언어만큼 효율적인 의사소통 체계를 갖추지 못했기 때문일 것입니다."

NOVA1 유전자 변형이 FOXP2 발현에 어떤 영향을 미치는지 이해하면 납 오염과 뇌 발달 간의 관계를 밝히는 데 도움이 되며, 언어 실용증(말소리를 올바르게 내는 데 어려움을 겪는 질환)과 자폐증을 포함한 언어와 관련된 신경학적 질환을 이해하는 데도 도움이 됩니다.

이 연구의 공동 저자로는 Janaina Sena de Souza, Sandra M. Sanchez-Sanchez, Jose Oviedo(University of California San Diego), Southern Cross University의 Marian Bailey와 Matthew Tonge, Southern Cross University와 University of Johannesburg의 Renaud Joannes-Boyau, University of Johannesburg와 Monash University의 Justin W. Adams, Icahn School of Medicine at Mount Sinai의 Christine Austin, Manish Arora, Macquarie University의 Kira Westaway, Flinders University와 University of Cambridge의 Ian Moffat, Guangxi 인류학 박물관의 Wei Wang과 Wei Liao, 척추동물 고생물학 및 고인류학 연구소의 Yingqi Zhang, Monash University와 Johann Wolfgang Goethe University의 Luca Fiorenza, National d'Histoire Naturelle의 Marie-Helene Moncel, Arizona State University의 Gary T. Schwartz가 있습니다. Luiz Pedro Petroski와 Roberto H. Herai, Pontifícia Universidade Católica do Paraná; 애리조나대학교 호세 오비에도(Jose Oviedo); Bernardo Lemos, Harvard TH Chan 공중 보건 학교.

이 연구는 미국 국립보건원(보조금 R01 ES027981, P30ES023515, R01ES026033), 호주연구위원회(보조금 DP170101597), 미국국립과학재단(보조금 BCS 0962564), 리키재단의 지원으로 진행되었습니다.

공개: 무오트리는 유전자 분석 및 인간 뇌 기관 형성 전문 회사인 TISMOO의 공동 설립자이며 지분을 보유하고 있습니다. 본 계약의 조건은 캘리포니아 대학교 샌디에이고의 이해 상충 정책에 따라 검토 및 승인되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/10/251015230952.htm