예쁜꼬마선충의 놀라운 능력, AI로 밝혀졌다

여러분은 썩은 과일이나 낙엽 더미에서 살아가는 작은 벌레를 아시나요? 그 벌레의 이름은 예쁜 꼬마선충이라고 하며, 인공지능(AI) 기술을 활용한 최근의 연구에서 놀라운 능력을 보여주었습니다. 바로 열악한 환경에 처하면 뇌 신경망을 스스로 진화시켜서 수명을 늘리고 살아남는 것입니다. 이 글에서는 이 연구의 내용과 의미에 대해 알아보겠습니다.

예쁜 꼬마선충이란?

예쁜 꼬마선충은 선형동물의 일종으로, 투명한 몸을 가지고 있고 몸의 길이는 1mm 정도입니다. 예쁜꼬마선충은 다세포 생물 중에서 가장 먼저 전체 DNA의 염기 서열이 분석된 생물이며, 300여 개의 신경세포(뉴런)를 가지고 있습니다. 이러한 특징 때문에 예쁜꼬마선충은 발생, 세포생물학, 신경생물학, 노화 등의 연구에서 모델 생물로서 많이 사용됩니다.
예쁜꼬마선충은 성별로 자웅동체와 수컷이 있으며, 수컷은 매우 드물게 발생합니다. 자웅동체는 자신의 정자로 자신의 난자를 수정시켜서 동일한 유전자를 가진 개체를 만들 수 있습니다.

예쁜 꼬마선충의 놀라운 능력

예쁜 꼬마선충은 알에서 태어나서 유충 시기를 거쳐 성체가 되는데, 이때 주변 환경에 따라 몸의 상태를 변화시킬 수 있습니다. 예를 들어, 고온이나 굶주림, 높은 개체 밀도처럼 열악한 환경에 처하면 L2 유충은 L3이 아닌, 대안적 발생 단계인 다우어(dauer) 시기로 진입합니다. 다우어 시기는 예쁜 꼬마선충의 사춘기로 볼 수 있으며, 이때 예쁜꼬마선충은 생존을 위해 몸을 가늘게 만들어 활동량을 줄이고, 외부 환경에 저항하기 위해 피부층을 두껍게 만듭니다. 그러면 최대 6개월 동안 아무것도 먹지 않고 버틸 수 있습니다. 이후 성장에 적합한 환경이 되면 다시 자라 성체가 됩니다. 예쁜꼬마선충의 수명은 평균 3주입니다.

AI로 밝혀낸 예쁜꼬마선충의 비밀

이번 연구에서는 다우어 시기인 예쁜꼬마선충의 뇌 신경망을 AI를 활용해 분석했습니다.
이를 위해 연구진은 예쁜꼬마선충의 세포막을 염색한 채 굳혀 수백 장으로 자른 뒤, 단면을 전자현미경으로 촬영했습니다.
여기에 AI를 적용해 어떤 신경세포가 어떤 부분과 연결돼 있는지를 파악하고, 정상 발달 단계의 신경계와 비교했습니다.
그 결과 다우어는 시냅스(신경세포들 사이에 신호가 오가는 틈) 수나 신경망 특성 등이 유충보다 성체에 더 가까웠고, 다른 발생 단계보다 신경세포의 대규모 구조적 변화가 많은 것으로 나타났습니다. 연구진은 또 예쁜 꼬마선충이 몸을 흔들어 다른 동물의 등에 올라타 새로운 환경으로 이동하는 독특한 행동인 '닉테이션'에 관여하는 신경회로도 찾아냈습니다. 이 연구는 예쁜꼬마선충이 열악한 환경에 적응하기 위해 고유한 신경망을 발달시키며 진화해 왔음을 보여줍니다.

이 연구의 의미

이 연구는 예쁜 꼬마선충의 신경망이 환경에 따라 어떻게 변화하는지를 AI를 통해 정밀하게 분석한 첫 번째 사례입니다.
이를 통해 예쁜꼬마선충의 신경망 구조와 기능의 관계를 이해할 수 있으며, 다른 생물의 신경망에도 적용할 수 있는 새로운 방법론을 제시합니다. 또한 예쁜꼬마선충의 신경망이 성장과정에서 어떻게 변화하는지를 밝혀내어, 인간의 뇌 발달과 노화에 대한 통찰도 제공합니다. 이 연구는 예쁜 꼬마선충이 가진 놀라운 능력을 통해 우리의 뇌에 대해 더 깊이 알아가는 계기가 될 것입니다.

 

이상으로 썩은 과일에 사는 벌레의 놀라운 능력에 대해 알아보았습니다. 예쁜 꼬마선충은 열악한 환경에 처하면 뇌 신경망을 스스로 진화시켜서 수명을 늘리고 살아남는다는 사실을 AI로 밝혀냈습니다. 이 연구는 예쁜 꼬마선충의 신경망 구조와 기능의 관계를 이해하고, 다른 생물의 신경망에도 적용할 수 있는 새로운 방법론을 제시했습니다. 또한 예쁜꼬마선충의 신경망이 성장과정에서 어떻게 변화하는지를 밝혀내어, 인간의 뇌 발달과 노화에 대한 통찰도 제공했습니다. 이번 연구로 예쁜 꼬마선충이 가진 놀라운 능력을 통해 우리의 뇌에 대해 더 깊이 알아가는 계기가 될 것입니다.