Hogfish의 피부에 빛 감지기가 있는 이유는 무엇입니까?

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몇 년 전 플로리다 키스(Florida Keys)에서 낚시 여행을 하던 중 생물학자 로리 슈바이커트(Lori Schweikert)는 특이한 빠른 변화 행동을 마주했습니다. 그녀는 hogfish라고 불리는 뾰족한 주둥이의 암초 물고기를 감아서 배에 던졌습니다. 그러나 나중에 그녀가 그것을 쿨러에 넣으려고 갔을 때 그녀는 이상한 점을 발견했습니다. 그 피부는 보트의 갑판과 같은 색상과 패턴을 띠고 있었습니다.

노스캐롤라이나에서 브라질까지 대서양 서부에서 흔히 볼 수 있는 물고기인 돼지고기(hogfish)는 피부색이 변하는 것으로 유명합니다. 이 종은 산호, 모래 또는 암석과 조화를 이루기 위해 밀리초 만에 흰색에서 얼룩덜룩한 갈색, 적갈색으로 변할 수 있습니다.

그럼에도 불구하고 슈바이케르트는 이 돼지고기(hogfish)가 더 이상 살아 있지 않은데도 위장을 계속했기 때문에 놀랐습니다. 그녀는 궁금해졌습니다. 돼지고기는 눈과 뇌와는 별개로 피부만을 사용하여 빛을 감지할 수 있을까요?

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Schweikert는 “그것이 나에게 이 모든 분야를 열어 주었습니다.”라고 말했습니다.

그 후 몇 년 동안 Schweikert는 Duke University와 Florida International University에서 박사후 연구원으로 "피부 시력"의 생리학을 연구하기 시작했습니다.

2018년 Schweikert와 Duke의 생물학자인 Sönke Johnsen은 돼지고기에 피부에서 활성화되는 옵신이라는 빛에 민감한 단백질에 대한 유전자를 가지고 있으며 이 유전자가 눈에서 발견되는 옵신 유전자와 다르다는 것을 보여주는 연구를 발표했습니다.

문어부터 도마뱀붙이까지 색이 변하는 다른 동물들도 피부에서 빛을 감지하는 옵신을 만드는 것으로 밝혀졌습니다. 그러나 색상을 변경하는 데 정확히 어떻게 사용하는지는 불분명합니다.

"우리가 돼지고기에서 그것을 발견했을 때, 나는 Sönke를 바라보며 이렇게 말했습니다. 왜 피부에 빛 탐지기가 있는 걸까요?" 현재 노스캐롤라이나 대학교 윌밍턴(Wilmington) 대학교의 조교수인 슈바이커트(Schweikert)는 말했습니다.

한 가지 가설은 빛을 감지하는 피부가 동물이 주변 환경을 받아들이는 데 도움이 된다는 것입니다. 그러나 새로운 발견은 또 다른 가능성을 제시합니다. 즉, "그들이 자신을 보기 위해 그것을 사용할 수 있다는 것"이라고 Schweikert는 말했습니다.

8월 22일 Nature Communications 저널에 발표된 연구에서 Schweikert, Johnsen 및 동료들은 팀을 이루어 돼지고기 피부를 자세히 관찰했습니다.

연구자들은 물고기 몸의 여러 부분에서 피부 조각을 채취하여 현미경으로 사진을 찍었습니다.

가까이서 보면 돼지고기의 피부는 점묘화 그림처럼 보입니다. 각 색상 점은 빨간색, 노란색 또는 검은색일 수 있는 색소 과립을 포함하는 크로마토포어라고 불리는 특수 세포입니다.

피부색을 변화시키는 것은 이러한 색소 과립의 움직임입니다. 과립이 세포 전체에 퍼지면 색상이 더 어두워집니다. 그것들이 보기 힘든 작은 점으로 뭉쳐지면 세포는 더욱 투명해집니다.

다음으로, 연구자들은 피부 내에서 옵신 단백질의 위치를 ​​찾기 위해 면역표지(immunolabeling)라는 기술을 사용했습니다. 그들은 돼지고기에서 색이 변하는 색소포 세포에서 옵신이 생성되지 않는다는 것을 발견했습니다. 대신, 옵신은 그 바로 아래의 다른 셀에 상주합니다.

투과전자현미경으로 촬영한 이미지에서는 이전에 알려지지 않은 세포 유형이 크로마토포어 바로 아래에 있으며 옵신 단백질로 가득 차 있음이 드러났습니다.

이는 피부에 닿는 빛이 빛에 민감한 층에 도달하기 전에 먼저 색소로 가득 찬 크로마토포어를 통과해야 한다는 것을 의미한다고 Schweikert는 말했습니다.

연구자들은 돼지고기 피부의 옵신 분자가 청색광에 가장 민감한 것으로 추정합니다. 이것은 물고기의 색소체에 있는 색소 과립이 가장 잘 흡수하는 빛의 파장입니다.

연구 결과에 따르면 물고기의 빛에 민감한 옵신은 내부 폴라로이드 필름처럼 작용하여 색소 과립이 뭉치거나 부채꼴 모양으로 펼쳐질 때 위쪽의 색소로 채워진 세포를 통해 걸러질 수 있는 빛의 변화를 포착하는 것으로 나타났습니다.