블루헤드 놀래기(수컷). 출처: Wikimedia Commons



그런데 뉴질랜드의 연구진이 물고기가 성전환을 하는 원리를 밝혀냈다고 합니다. 연구진은 성전환을 하는 물고기 중 하나인 블루헤드 놀래기(Bluehead wrasse)를 연구했는데요. 에 게재된 논문에 따르면 암컷 블루헤드 놀래기는 유전자 배열에 변화가 생겨 수컷으로 성전환 한다고 합니다.



하렘



블루헤드 놀래기는 수컷 한 마리를 중심으로 암컷들과 '하렘(harem)'을 이룹니다. 하렘이란 포유류의 번식 집단 가운데의 한 형태입니다. 한 마리의 수컷과 많은 암컷으로 둘러싸인 집단을 말합니다. 하렘 유형의 서식 방식을 나타내는 동물로는 바다표범과 바다사자, 개코원숭이 등이 있죠.

바다사자는 하렘을 이루는 동물 중 하나다. 출처: pixabay



수컷들은 하렘 무리를 차지하기 위해 치열한 경쟁을 벌입니다. 경쟁에서 패배한 수컷들은 암컷들과의 교미의 기회를 갖지 못하는데요. 이런 경쟁 탓에 바다표범과 바다사자는 덩치를 키우는 쪽으로 진화했고 개코원숭이의 일종인 맨드릴은 수컷이 전체 무리에서 7% 밖에 남지 않았던 적도 있다고 합니다.



블루헤드 놀래기의 성전환



수컷과 암컷 블루헤드 놀래기들. 출처: Flickr



블루헤드 놀래기는 수컷 한 마리가 여러 암컷들과 하렘 무리를 이끕니다. 그러다가 수컷이 갑작스레 폐사하면 하렘을 이룬 암컷 물고기들 중 가장 큰 한 마리가 수컷으로 성을 바꿉니다. 이렇게 성을 바꾼 블루헤드 놀래기가 새로운 하렘을 형성한다고 합니다.



자세히 알아볼까요? 블루헤드 놀래기의 암컷은 10일 동안 성 호르몬을 이용해 난소를 퇴화시키고 고환이 자리잡도록 합니다. 수컷으로 전환하는 암컷은 1~2일 동안 에스트로겐의 수치가 감소합니다. 3~4일 경에는 난소가 퇴화하죠. 고환 조직은 4~5일쯤부터 관찰되기 시작합니다. 6~7일 경에는 남성호르몬인 11-케토테스토스테론과 정자가 형성됩니다. 8~10일 경 블루헤드 놀래기는 성숙한 정자를 생산하는 데 성공하고 다른 암컷들과 번식할 수도 있다고 합니다. 약 20일이 지나면 블루헤드 놀래기는 외양까지 변해 완전한 수컷이 됩니다.



유전자 작동

뉴질랜드 오타고대학교의 분자생물학 박사과정 연구원 Erica V. Todd의 연구진은 블루헤드 놀래기의 성전환 과정과 유전자 변화를 관찰했습니다. 연구진은 블루헤드 놀래기의 무리에서 수컷 한 마리를 제거해 암컷 한 마리의 성전환을 유도했는데요.



RNA 순서를 분석한 결과, 연구진은 블루헤드 놀래기가 성전환을 하면 생식선 유전자가 재배열된다는 것을 발견했습니다. 난소를 유지하는 데 필요하는 유전자의 활성이 낮아졌고 그 다음 고환을 발달시키는 유전자가 지속적으로 활성화됐다고 합니다.



성전환, 유전자 때문이다? 출처: pixabay



연구진은 블루헤드 놀래기의 성전환 초기에 집중해 유전자 분석을 진행했습니다. 연구진은 아로마타제(Aromatase) 유전자가 초기에 변화를 보인다는 점을 발견했습니다. 아로마타제 유전자는 블루헤드 놀래기의 몸에서 안드로겐을 에스트로겐으로 전환시키는 효소를 인코딩하는데요. 아로마타제의 유전자의 발현이 억제되면서 효소의 발현도 억제됩니다. 그 결과 암컷 유전자의 발현이 계단식으로 붕괴되고 블루헤드 물고기는 암컷에서 수컷으로 성전환이 이뤄질 수 있다는 분석입니다.



아로마타제 유전자의 발현이 억제되는 원인은 정확히 밝혀지지 않았습니다. 연구진은 코르티솔과 연관된 유전자와 아로마타제 유전자의 관계를 연구했습니다. 블루헤드 놀래기의 암컷들은 수컷이 사망할 시 스트레스를 받아 코르티솔이라는 호르몬이 분비하는데요. 연구 결과 코르티솔 유전자가 높게 발현됐을 시기와 아로마타제가 억제되고 난소가 퇴화하는 시기가 일치했다고 합니다. 연구진은 코르티솔이 아로마타제 유전자에 영향을 준 요인 중 하나일 것으로 추측했습니다.



Todd는 "물고기의 성전환에 영향을 주는 유전자를 연구하는 것은 인간에게도 중요하다. 물고기가 성별을 어떻게 변화시키는지 이해하면 이런 복잡한 네트워크가 어떻게 진화했는지 그리고 어떻게 다른 동물들 틈에서 발달을 유지할 수 있는지 우리에게 가르쳐줄 수 있다"고 밝혔습니다.





##참고자료##

출처 : 이웃집과학자(http://www.astronomer.rocks)