문어의 지능, 리보솜 RNA의 낯선 '틈'에서 실마리를 찾다

문어가 병뚜껑을 열고 미로를 풀며 도구를 사용한다는 사실은 잘 알려져 있다. 담요문어처럼 고깔해파리의 독촉수를 뜯어 무기로 쓰는 종도 있다. 이런 정교한 행동의 배경을 두고 하버드 연구진이 지난 8월 17일 학술지 커런트 바이올로지(Current Biology)에 흥미로운 단서를 내놓았다. 일부 문어가 다른 어떤 동물에서도 관찰되지 않은 리보솜 RNA(rRNA)의 변이를 지녔고, 이를 통해 단백질을 매우 높은 정확도로 만들어낸다는 것이다.

발견은 우연에서 시작됐다. 당시 하버드 의대 대학원생이던 공동저자 리처드 한은 약 5년 전 캘리포니아 투스팟 문어 조직에서 rRNA를 들여다보다 이상한 점을 포착했다. rRNA는 세포의 단백질 공장인 리보솜의 3차원 구조를 떠받치는 분자로, 상당수 서열이 알려진 모든 동물에서 거의 동일하게 보존돼 있다. 그런데 다른 동물에서는 하나로 이어진 rRNA 조각이 문어에서는 예상치 못한 틈을 두고 둘로 나뉘어 있었다. 공동저자인 분자생물학자 니컬러스 벨로노는 사이언스에 "RNA 추출을 잘못했다고 여겼다"고 밝혔을 만큼, 처음에는 단순 실험 오류로 치부했다.

대장균 실험이 밝힌 기능

하지만 추가 검증에서 이 틈은 실수가 아니었다. 연구진이 대장균(E. coli) 리보솜에 같은 절단을 인위적으로 넣자, 조작된 세포는 평소보다 약 두 배 높은 정확도로 단백질을 만들어냈다. 리보솜은 생명 전반에 걸쳐 극도로 보존된 구조라 진화적 변화가 거의 없다고 여겨져 왔는데, 그 리보솜이 기능에 영향을 주는 변화를 겪을 수 있고 새로운 혁신에 기여할 수도 있다는 점이 이번 연구의 핵심적 놀라움이다. 공동저자인 세포생물학자 에이미 리는 이를 "가장 큰 놀라움"이라고 표현했다.

연구진은 이 특징이 언제 진화했는지 확인하기 위해 1억 년도 더 전에 갈라진 두 문어 계통을 비교했다. 발달한 신경계로 복잡한 행동을 하는 얕은 바다의 무섬유아강(incirrate) 문어와, 단순한 신경계로 느리게 헤엄치며 수동적으로 먹이를 취하는 심해의 섬유아강(cirrate) 문어다. 조사한 다섯 종의 무섬유아강 문어에는 모두 rRNA의 틈이 있었지만, 섬유아강인 덤보문어 표본에는 없었다. 약 3억 년 전 문어와 갈라진 오징어에서도 발견되지 않았다.

신경계 진화와의 연결 가능성

문어를 포함한 두족류는 DNA의 지시를 단백질로 옮기는 RNA를 스스로 편집하는 데 능하다. 다른 동물보다 훨씬 빈번하게 이 작업을 하며, 2023년 연구에서는 문어가 차가운 물을 견디기 위해 뇌에서 RNA를 대대적으로 편집한다는 사실이 보고되기도 했다. 이번 rRNA 변이 역시 얕은 바다 문어의 커진 신경계 진화와 연결됐을 가능성이 제기된다. 몸 전체에 퍼진 이들의 뇌는 포식자와 경쟁에 대응하며 빠르게 확장돼야 했다. 공동저자 리샤브 미트라는 뉴런이 오래 사는 세포여서 단백질이 잘못 접히면 특히 치명적이라며, 이를 막는 rRNA의 틈이 "뉴런이 잘 작동하도록 도울 수 있다"고 설명했다.

다만 이 발견은 아직 상관관계 수준의 정황에 머문다. 변이가 정교한 뇌와 행동의 진화를 실제로 이끌었다는 직접적 증거는 없다. 연구에 참여하지 않은 해양생물학연구소의 분자생물학자 조슈아 로젠탈은 이 결과를 "대단히 흥미롭다"고 평하면서도, 인과를 입증하려면 더 많은 연구가 필요하다고 지적했다. 그는 "이 생물들에 대한 유전학은 이제 겨우 시작 단계"라고 덧붙였다. 결국 특정 종에서 변이가 존재한다는 분포적 사실과, 대장균에서 정확도가 올라갔다는 기능적 실험 사이의 간극을 문어 뉴런 안에서 직접 메우는 후속 연구가 남아 있다.

실무적 관점에서 이 연구가 겨냥하는 지점은 분명하다. 알츠하이머병과 파킨슨병처럼 뇌에서 단백질이 잘못 접혀 생기는 신경퇴행성 질환의 치료 실마리다. 리는 문어의 변이를 모방해 정확한 단백질 합성을 유도하는 약물을 설계할 수 있기를 기대한다고 밝혔다. 자연이 어떻게 이 일을 해내는지 이해의 길잡이로 삼는다면 그 원리를 인간 세포에 이식할 방법도 찾을 수 있으리라는 구상이다. 생명공학과 신약 개발에 종사하는 이들에게는, 극도로 보존됐다고 여겨진 리보솜조차 진화적 조정의 여지를 갖는다는 사실 자체가 단백질 품질관리를 다시 들여다보게 하는 출발점이 될 수 있다.