몸을 접고, 풀고, 다시 접다 - "가장 단순한 동물"의 복잡한 작업

"뇌가 없다", "근육도 없다", "입도 위도 없다"――그런 생물이 마치 종이접기처럼 자신의 몸을 '접고' '펼쳐' 입체 형상을 만든다. 스탠포드 대학의 Prakash Lab이, 가장 단순한 동물 중 하나로 여겨지는 평판동물(플라코조아) Trichoplax adhaerens(이하, 트리코플락스)에서, 지금까지 자연계에서는 보고되지 않았던 타입의 '조직의 접기'를 발견했다.Phys.org

1mm급의 '평평한 동물'이 입체로 변형하는 의미

트리코플락스는, 두 층의 상피와 그 사이의 층으로 이루어진, 직경 1mm 전후의 반투명한 동물로, 신경(뉴런)도 근육도 가지고 있지 않다. 그럼에도 불구하고, 조류를 '사냥'하듯이 먹거나, 외적에 대해 독으로 방어하는 등, 의외의 행동을 보여 연구자들의 관심을 끌어왔다.바이오인터랙티브

지금까지 트리코플락스는 "2D로 움직이는 평평한 생물"로 이야기되는 경우가 많았다. 그러나 이번 연구는 그 '전제'를 뒤집는다. 트리코플락스는 상황에 따라 몸을 접어 3D의 형태를 취할 수 있다. 게다가 그 접는 방식이 고정된 한 종류가 아니라, **비정형(non-stereotyped)**으로 다양하다는 것이다.Dryad

"섬모=물을 움직이는 털"만이 아니었다

포인트는, 세포 표면에 자라는 섬모(cilia)이다. 섬모라고 하면, 기도에서 점액을 운반하거나, 미세 생물이 물속을 헤엄치는 '유체를 위한 기관'이라는 인상이 강하다. 그러나 연구팀은, 트리코플락스의 섬모가 표면을 '걷는' 듯이 움직여, 조직의 형태를 만드는 것을 보여주었다.Phys.org

사실 "섬모로 헤엄치기" 외에 "섬모로 표면을 이동하기(보행/크롤)"라는 이야기는 생물학의 맥락에서도 알려져 있다. 트리코플락스가 표면에서의 '보행'에 섬모를 사용하는 것에 대해 언급한 개설도 있다.OUP Academic

하지만 이번의 신기성은, 그 보행이 단순한 이동에 그치지 않고, '상피 시트를 접고, 푸는' 형태 변환의 구동원이 되고 있다는 점이다.Life Science Network

접히는 것은 "계획"이 아니라 "환경과 운동"에서 발생한다

배 발생의 교과서에서 이야기되는 상피의 접기는, 세포의 형태 변화나 증식, 분자 신호의 순서에 의해 '정형의 절차(경로)'를 밟는 이미지가 강하다. 그러나 이 연구에서는, 트리코플락스의 접기/전개는, 명확한 "접기→다음은 여기→…" 같은 일직선이 아니다.
연구팀은, 섬모와 기질(바닥)과의 접착이나, 섬모 보행이 만들어내는 역학에 의해, 접힌 상태와 전개 상태의 '천이'가, **환경(기질의 형상)과 움직임(모틸리티)**의 결과로서 발생한다고 정리한다.Dryad

여기가 "종이접기 같다"고 불리는 이유이기도 하다. 종이접기는, 종이 그 자체에 '접을 수 있다'는 제약이 있으며, 접는 선과 주변 조건(누르는 방법, 지지하는 방법)으로 형태가 결정된다. 생물의 상피 시트도 마찬가지로, 얇은 시트로서의 물리가 작용한다. 이번 연구는, 그 물리를 신경 없이 다루는 예로서 선명하다.Phys.org

4D 현미경과 거대한 데이터로 "접기"와 "풀기"를 추적

그들은 4D 형광 라이트 시트 현미경 등을 사용하여, 접힌 상태의 기하(곡률)나 전개 과정의 곡률 변화, 전개의 소요 시간 분포 등을 정량화했다고 한다. 더 나아가 반복 시험을 통해 '풀기'가 얼마나 견고한지, 스케일링 분석이나 토이 모델·시뮬레이션으로, 집단적인 섬모 활동이 어떻게 안정적으로 전개를 구동할 수 있는지를 보여준다.Dryad

공개 데이터는 Dryad에 정리되어 있으며, 총량은 200GB를 초과한다. 상피의 곡률 맵, 유리 모세관 위에서의 접기, 기질 없는 조건, 약제 조건(예: LiCl)에서의 전개 등, 조건별 데이터가 나열된다.Dryad

'동영상으로 보고 놀라는' 현상을, 기하학과 통계로 착실히 파헤치는 타입의 연구로, 소박하지만 강하다.

"최초의 동물"은 어떻게 '형태'를 획득했는가

연구자가 대담하게 발을 들이는 것은, 진화의 이야기다. 트리코플락스와 같은 초기 분기 동물에서, 신경계에 의존하지 않는 형태 변환의 원리가 보인다면, "형태 만들기"는 신경의 발명보다 먼저, 물리와 집단 운동으로 성립했을 가능성이 있다――그런 가설이 떠오른다.Phys.org

배 발생에서는, 뇌의 주름이나 기관 형성의 접합 등, 상피의 접기가 '당연히' 등장한다. 이번 발견은, 그 '당연함'을, 보다 원시적인 장소에서 비춰준다.Phys.org

공학에의 반향: 소프트 로봇, 합성 생물, 그리고 "설계 가능한 접기"

이 계가 흥미로운 점은, 발생학이나 진화뿐만 아니라, 설계의 언어로 번역하기 쉬운 점이다. 상피 시트를 "얇은 액티브 매터"로 간주하면, 섬모의 집단 운동은, 외부의 제어가 적어도 '자체적으로' 형태를 만든다. 즉, 소프트 로보틱스나 합성 생물학에 있어서는, **"재료(시트)＋미세 구동(섬모)＋환경"**의 조합으로 입체 형상을 만드는 힌트가 된다.Dryad

Prakash Lab은 이전에도, 단세포 생물의 형태 변화를 '세포 종이접기'로 소개하거나(별도 테마), 종이 접기로 만든 현미경 Foldscope를 제작하는 등, "접기＝정밀"이라는 발상과 잘 맞는 연구실로 알려져 있다. 이번의 '생물의 종이접기'는, 그 연장선상에 있는 것처럼 보인다.스탠포드 뉴스

SNS/인터넷에서의 반응: 확산되기 쉬운 '세 가지 주목 포인트'

이번 뉴스는, 내용이 진지한 것에 비해, 인터넷에서 확산되기 쉬운 요소가 처음부터 갖춰져 있다.

1. "뇌가 없는데, 똑똑해 보인다" 문제
   '신경이 없다'고 들으면, 사람들은 자칫 "아무것도 할 수 없다"고 생각하기 쉽다. 그러나 실제로는, 물리와 집단 운동으로 '그럴듯한' 일이 일어난다. 여기에 놀라움이 있다.Phys.org

2. 비주얼이 강하다 (종이접기×생물×동영상)
   연구팀은, 이 능력을 강조하기 위해 종이를 사용한 스톱 모션 동영상으로도 소개하고 있다고 한다. 문장보다 먼저 '그림'으로 주목받는 장치다.Phys.org

3. "섬모"의 이미지 갱신
   섬모＝유체, 라는 고정 관념을 깨고, "걸어서 형태를 만든다"는 재해석을 제시한다. 비전문가에게도 '새로운 지식'으로 전달된다.OUP Academic

정량적으로도, Phys.org의 해당 기사는 동일 사이트의 목록 상에서, 공개 직후의 시점에서 반응 카운터가 '두 자릿수'로 표시되어 있으며(댓글 수와는 별도로 표시), 최소한 "발견되면 공유되는 유형의 이야기"임을 엿볼 수 있다.Phys.org

요약: 종이접기는 비유가 아니라, 원리일지도 모른다

이 연구가 제기하는 것은, "고도의 형태 만들기＝고도의 지휘탑(뇌)"이라는 고정관념에 대한 반증이다. 얇은 시트, 미세한 섬모, 기질과의 접촉――그 조합만으로, 접기와 전개의 다이내믹스가 발생한다.Dryad

최초의 동물이, 어떻게 '형태'를 손에 넣었는가. 우리의 몸의 발생에서, 왜 접기가 이토록 중요한가. 그리고 장래에, 접기를 '설계'할 수 있는가.
트리코플락스의, 조용하고 기묘한 종이접