유럽울새 망막 속 단백질 ‘크립토크롬’
자기장 변화 감지해 신호를 증폭시켜
닭, 비둘기보다 자기장에 훨씬 민감
타 연구결과 종자확산 기여는 35% 뿐

계절 변화에 따라 규칙적으로 번식지를 떠나 월동지에서 한 철을 난 뒤 되돌아오는 새들을 ‘철새’라고 한다. 갓 태어난 철새들도 때가 되면 이동하는 것에 대해 동물학자들은 생체 내비게이션이나 생체 나침반이 유전적으로 내재돼 있기 때문이라고 보고 있다.

독일 올덴부르크대 생물학·환경과학연구소, 물리학과, 뉴로센서연구센터, 프라이부르크 알베르트 루드비히대 물리화학연구소, 영국 옥스퍼드대 화학과, 미국 퍼듀대 의학화학·분자약리학과, 텍사스대 사우스웨스턴메디컬센터, 하워드 휴스 의학연구소, 중국 허베이 물리과학연구소, 허베이 첨단 자기생물학연구센터 공동연구팀은 철새 중 하나인 유럽울새를 연구한 결과 망막 속 단백질 중 하나가 생체 나침반을 만드는 데 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀냈다. 철새에서 자성에 민감한 생체분자의 존재를 증명한 이번 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’ 6월 24일자에 실렸다.때가 되면 떠났다가 돌아오는 철새의 생태는 많은 사람들의 궁금증을 자아냈다. 무언가가 유전되기 때문이라는 것은 막연하게 알고 있었지만 1950년대 독일 조류학자 구스타프 크레이머는 철새가 생체 내비게이션을 내장하고 있다는 분석 결과를 발표하면서 관련 연구들이 본격적으로 시작됐다. 그러던 중 1972년 독일 프랑크푸르트 괴테대 연구팀이 유럽울새를 분석해 철새들이 지구자기장을 인식할 수 있는 ‘생물 나침반’을 갖고 있다는 사실을 증명하면서 철새 이동 원리의 수수께끼가 금세 풀릴 것이라는 기대감이 커졌다. 그렇지만 철새의 생물 나침반을 만드는 것이 무엇인지에 대해서는 여전히 베일 속에 남아 있었다.

이런 상황에서 연구팀은 동식물에서 청색광을 감지해 24시간 주기의 ‘일주기성’을 인식하게 만드는 ‘크립토크롬’(CRY)이라는 단백질 성분에 주목했다. 연구팀은 유럽울새의 망막에 있는 ‘크립토크롬4’(CRY4)라는 단백질이 자기신호에 특히 민감하게 반응한다는 사실을 확인했다. 이 단백질은 자기장 변화를 감지해 양자역학 원리에 따라 신호를 증폭시킬 수 있는 ‘광(光)구동 화학반응’을 일으키는 것으로 확인됐다. 철새인 유럽울새의 CRY4 단백질은 가금류인 닭이나 텃새인 비둘기의 CRY4 단백질보다 자기장에 훨씬 더 민감하게 반응한다는 사실도 확인했다.

연구를 이끈 독일 올덴부르크대 헨리크 모우리첸 교수는 “CRY4 단백질이 지구자기장을 민감하게 감지할 수 있는 센서 역할을 하는 것으로 보인다”라며 “생물학 분야의 수수께끼 중 하나인 철새 이동 원리를 푸는 데 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

과학자들은 이처럼 계절 변화에 맞춰 이동하는 철새들이 기후변화로 인해 줄어들고 있는 생물다양성 확보에 도움이 될 것이라는 기대감을 갖고 있었다. 그렇지만 스페인 카디즈대를 중심으로 독일, 이탈리아, 포르투갈, 영국, 폴란드 6개국 13개 연구기관이 참여한 국제공동연구팀이 네이처 6월 24일자에 발표한 연구 결과에 따르면 철새가 식물의 씨앗을 다른 지역으로 확산시켜 지구온난화로 인한 생물다양성 감소에 대응할 수 있을 것이라는 기대감은 접어야 할 것으로 보인다.

연구팀은 유럽 삼림지대가 주요 서식지인 46종의 이동성 조류와 81종의 다육식물 간 949개의 상호작용으로 연결된 13개 씨앗 확산망을 분석했다. 철새와 같은 이동성 조류가 씨앗을 다른 지역으로 옮겨 확산시킬 수 있는가를 본 것이다. 연구 결과 식물의 약 35%만 다른 곳으로 씨앗이 확산되는 것으로 나타났다. 조류를 통한 종자 확산에는 한계가 있다는 뜻이다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr