초파리는 유전학, 진화생물학, 유전생물학, 심리학 등 분야에서 아주 인기 있는 개체라고 합니다.
중학교 3학년 교과서에서도 아래와 같이 소개되고 있지요.
초파리는 초파리속에 속하는 곤충으로, 전 세계 1,500여 종이 살고 있으며 후각이 발달했어요. 수명이 짧고 알을 많이 낳아 유전학과 진화학 연구에 널리 쓰이고 있답니다. (중3학년2학기 동물의 생활)
초파리의 인기 비결
'한살이'라는 용어는 (식물 또는 동물이) 태어나서 죽을 때까지의 과정을 말합니다.
초파리는 완전변태곤충으로, 성충이 된 초파리는 12시간 정도 지나면 짝짓기를 하고, 2일 정도 후에는 알을 낳는다. 알은 1~2일 후에 부화하여 애벌레가 되고, 4~5일 정도 시간 동안 두 번 허물을 벗고 다 자라서 참깨와 흡사한 형태의 번데기가 된다. 번데기 상태에서 7일 정도 지나면 초파리가 된다.
초파리의 한살이에는 주변 온도가 영향을 끼친다. 기온이 20°C 정도일 때는 알에서 초파리 상태까지 16일 정도 걸리고, 25°C 정도일 때는 가장 짧아져서 13일 정도 걸린다. 기온이 32°C 정도일 때는 성장 기간이 늘어나서 16일 정도가 된다. 또한 먹이가 풍부할 때는 한살이 기간이 짧아지고, 부족할 때는 길어진다.
우리 일상생활에서는 골칫거리지만, 과학자들에게는 선물과 같은 존재라고 합니다.
그 이유는 한살이(2주)가 짧아 실험이 기간이 짧고, 관리하기 편하며 관련 연구자료가 많기 때문입니다.
2017년 노벨 생리의학상은 제프리 홀 교수, 마이클 로스배시 교수, 마이클 영 교수 등 미국의 과학자 3명에게 돌아갔습니다. 이들은 밤낮에 따라 일정한 변화가 일어나는 생체 주기를 유전자 차원에서 밝힌 공로를 인정받았습니다.
노벨상 발표 직후 미국 뉴욕타임스와 영국 가디언지에는 “또다시 노벨상이 초파리에게 주어졌다”라는 기사가 실렸습니다. 노벨상과 초파리는 과연 어떤 관계가 있는 걸까요?
초파리는 과학자들이 가장 좋아하는 실험 대상입니다. 초파리와 인간의 DNA가 60% 일치하기 때문인데요. 인간의 질병과 관련된 유전자 중 75%가 초파리에게서 발견되기도 했습니다.
초파리 연구로 노벨 의학상을 받은 것은 이번이 여섯 번째입니다. 1933년 토마스 헌트 모건 박사의 유전자 염색체 역할 규명을 시작으로. 초파리 연구가 신체의 근본적인 비밀을 밝혀왔습니다.
우리나라의 '김우재' 박사는 초파리 연구의 권위자라고 할 수 있습니다. 일반 서적(2019 우수과학도서, 플라이룸. 김우재. 김영사)도 출판되어 있습니다.
김우재 박사의 연구자료 중 일부를 소개하겠습니다.
초파리의 교미 시간은 20여 분인데 경쟁자의 존재는 교미 시간을 약 5분 길게 만들고, 교미 경험은 교미 시간을 5분 짧게 만든다. 5분, 초파리의 뇌는 이 5분을 어떻게 계산하는가. 사소해 보이는 이 연구는 인간의 뇌는 도대체 어떻게 짧은 시간을 인지하고 계산하는가 하는 물음을 푸는 데 단초가 될지 모른다.
과학자는 초파리가 5분 이라는 시간을 어떻게 알아차리는가? 에 대해 관심을 갖지만, 우리는 좀 다른 것에 대해 궁금해할 것이라고 생각합니다.
초파리는 어떻게 20분 동안 교미를 지속할 수 있는가?
교미경험은 교미시간을 5분 단축시킨다는데, 왜?
인간은 초파리에게 교미 지속시간의 비밀을 전수받을 수 있는가?에 대해 더 관심이 많을 수 있다.
초파리 수컷의 정자가 지구상 동물 중에서 가장 길다고 한다.
초파리 본체는 쌀 한 톨 정도의 크기지만, 정자 길이는 무려 6cm라고 한다. 암컷 초파리는 수컷 초파리의 정자를 보고 짝을 정한다고 한다. 굵기가 마이크로미터 단위라서 육안으로는 볼 수 없다. 수컷 초파리의 음경 길이는 0.03cm라고 한다.
이렇게 긴 정자를 체내에서 내보내려고 하니까 많은 시간이 필요한 것 같습니다. 따라서 인간의 정자 길이를 고려했을 때 인간의 성교시간은 무척 길다(개인차가 있겠지만)고 봐야 하지 않나 생각됩니다.
초파리 정자
초파리는 경쟁자가 있을 때 더 오래한다
출처(한겨레신문 2013년 12월 11일, 초파리 수컷은 경쟁자가 있으면 교미를 더 오래 한다)
미국 캘리포니아주립 샌프란시스코대학(UCSF) 유넝잰연구실의 김우재 박사는 2013년 12 10일 “초파리 수컷들 사이의 경쟁이 교미 시간을 늘리며, 이는 초파리 뇌에 존재하는 단지 18개의 신경회로에 의해 제어된다는 사실을 알아냈다”라고 밝혔다. 논문은 신경학 분야 국제 학술지 <뉴런> 12월호 온라인판에 게재됐다.
연구팀은 다른 수컷과 함께 자란 초파리가 혼자 자란 초파리보다 교미 시간이 5분 정도 길다는 사실에 주목해 몇 가지 실험을 했다. 우선 거울을 보여주며 혼자 키운 초파리와 거울 없이 자란 초파리를 비교해 보니 거울을 보며 자란 초파리의 교미 시간이 길었다. 초파리에게는 거울이 일종의 ‘포르노’인 셈이다. 또 눈이 빨간 초파리들과 함께 자란 초파리가 눈이 흰 돌연변이 초파리들과 함께 큰 초파리보다 교미 시간이 길었다. 투명한 막을 사이에 두고 반대쪽에 암컷과 수컷이 있는 상태에서 자란 초파리들의 교미 시간이 길었다. 연구팀은 “이런 실험 결과들은 초파리 수컷이 움직이는 빨간 점을 경쟁자로 인식해 교미 시간을 늘린다는 것을 알려준다”라고 결론짓고, 이 행동에 ‘오랜 시간 교미’(LMD)라는 이름을 붙였다. 김우재 박사는 “수컷에게 생존보다 중요한 것은 자신의 유전자를 후손에게 물려주는 것으로 엘엠디는 초파리 수컷의 종족 보존 전략일 것”이라고 분석했다.
교미 후 폭력적으로 변한 암컷
엘레아노 배스(Eleanor Bath) 영국 옥스퍼드대 연구원팀은 초파리 암컷이 교미를 통해 정자와 정액을 받아들인 뒤 공격성이 커졌다는 사실을 발견하고 학술지 ‘네이처 생태&진화(Nature Ecology & Evolution)’ 15일 자에 논문을 발표했다.
짝짓기 또는 출산 뒤 암컷이 다른 암컷에 대해 공격적으로 변하는 현상은 여러 동물에서 나타난다. 과학자들은 ‘식량 자원’을 좀 더 확보하기 위한 본능으로 이를 설명하고 있다. 그런데 암컷의 공격성이 높아지는 생물학적 과정은 그동안 정확히 밝혀지지 않았다.
연구진은 암컷의 공격성을 증가시키는 ‘스위치’가 수컷과 관련 있다고 보고 비교실험을 했다. 유전자조작으로 정자·정액단백질을 없앤 수컷 초파리와 정상 수컷 초파리를 각각 암컷과 짝짓기 시킨 것이다. 그 결과 정상 수컷 초파리와 교미한 암컷만 공격성이 높아졌다. 교미라는 행위와는 상관없이 정자·정액단백질이 ‘스위치’ 역할을 했던 것이다. 정자·정액단백질을 받은 암컷은 알을 낳은 뒤 공격성이 커지거나(간접 경로), 알을 낳지 않은 상태에서도 공격성이 커졌다(직접 경로).
정액에 들어있는 단백질은 수컷에게만 이익을 끼치고 암컷에게 손해를 끼치는 역할을 하기도 한다. 암컷이 다른 수컷과 일정시간 교미하지 못하게 하거나, 암컷이 자신의 정자를 생식기 내부 저장소에 보관하게 만든다. 암컷이 음식을 많이 먹게 만들거나 면역력이 떨어지게 만들기도 한다. 이런 변화는 수컷 자신의 유전자를 효과적으로 퍼뜨리기 위한 전략이다. 아래 표는 정액 단백질이 하는 역할과, 이 역할이 수컷과 암컷에게 미치는 영향을 정리한 것이다. 수컷과 암컷의 이해관계가 다르다는 점이 주목할 만하다.
출처 동아사이언스 2017.5.21.
초파리의 장수 비결
장수를 위한 최선의 답은 성적 접촉을 싹 잊어버리는 것일지도 모른다. 초파리가 보여 주었듯이 금욕 생활은 수명에 놀라운 효과를 발휘한다. 교미를 전혀 하지 못한 초파리는 마음대로 교미를 하며 사는 초파리보다 더 오래 산다. 그러나 애석하게도 이와 똑같은 극단적인 방법이 사람에게도 통한다는 증거는 거의 없다. 평생 동안 아이를 전혀 낳지 않고 산 남자나 여자가 보통 사람들보다 더 오래 살지는 않는다. 금욕 생활을 하는 수도승이나 수녀 역시 마찬가지다.
섹스와 상관없이 수명을 늘리는 데 효과가 있는 방법은 많다. 섹스를 절제하는 대신에 음식 섭취량을 줄여도 큰 효과를 볼 수 있다. 초파리를 비롯해 많은 동물이 음식 섭취량을 줄임으로써 수명을 3분의 1까지 늘릴 수 있다. 출처 <생물학과 유전학의 역사를 바꾼 숨은 주인공 초파리>┃지은이 마틴브룩스┃옮긴이 이충호┃펴낸곳 도서출판 갈매나무 -본문 231쪽-
초파리 퇴치법
초파리 쫓으려면? 1. 3mm보다 작고 촘촘한 방충망 사용! 2. 싱크대 배수구에 1~2주에 1회 이상 뜨거운 물 붓기!(초파리 유충, 알 제거에 효과적!) 3. 주방에 허브 놓기 4. 맥주, 식초로 만든 초파리 트랩 설치
주변에서 흔히 볼 수 있는 초파리, 그러나 일상생활에서는 결코 보고 싶지 않을 수 있습니다.
초파리에 대한 흥미로운 사실이 많습니다.
초파리는 지구상에서 우주 공간으로 나간 최초의 생물체로 기록되었습니다. 원래는 라이카라는 개였는데, 우주의 정의를 100km로 재정의하면서 라이카는 제외되었다.
1947년 미국은 독일에서 압류한 V2로켓에 옥수수와 초파리를 넣고 우주 비행 실험을 했다. 실험 목적은 고고도에서 방사능의 피폭을 연구 하는 것으로 귀환한 초파리는 모두 살아있었으며 우려했던 것처럼 돌연변이도 없었고 이는 옥수수도 마찬가지였다고 한다.
(라이카 이야기) 러시아 과학자들은 우주로 보낼 개를 길거리에서 찾고 있었고 라이카를 포함한 길거리 개들을 포획했는데 길거리를 떠돌아다니는 견공을 택한 이유는 길거리 견공들이 스트레스와 극한의 환경인 우주에서 길거리를 떠돌았기에 잘 적응할 것이라고 믿은 것이었으며 그중에는 라이카가 있었다.
1. 동물의 교미는 개체의 생존만 생각했을 때 생존에 불리한 행동입니다. 교미행위는 취약한 상태일 수밖에 없습니다. 그런데 초파리는 그 작은 몸집에도 교미시간이 20분 이라니, 참 놀랍습니다. 거기에는 정자의 길이가 무척 길다는 사연이 있었습니다. 정자의 길이만 초파리와 비교했을 때 인간의 성교시간은 결코 짧지 않습니다.
2. 경쟁자가 있을 때 더 오래 교미한다고? 경쟁자가 없으면 아무래도 빨리 끝낸다는 말인데, 인간 사회에 적용해 봐도 크게 다르지 않고 비슷하다고 생각됩니다. 홀로 성장한 개체보다 경쟁자와 함께 자라는 개체가 교미시간이 길다는 것은 당연하다 할 수 있을 것입니다. 정확한 이유는 모르지만, 인간 수컷들도 누가 더 오래 하느냐에 대한 지나친 부심이 있으니까요. 매력적인 동성 또는 이성 상대방이 있으면, 성욕을 자극할 수 있을 것입니다. 집안에 홀로 있을 때보다, 다양한 매력(남 여)을 보고 난 다음에 더 오래 할 수 있을 것입니다.
3. 정액(단백질)이 암컷 체내에 들어가면 암컷이 더 공격적으로 변한다. 그리고 다른 수컷과 일정시간 교미하지 못하게 만든다. 인간 세상에서는 어떤가요? 거의 비슷하지 않을까요? 그렇다면 콘돔과 같은 도구로 정액 단백질이 여성의 체내로 들어가지 않도록 한다면 그런 효과가 나타나지 않을 것이라고 볼 수 있겠습니다.
또 한 가지 표에서 볼 수 있는 것은 정액이 체내로 들어갔을 때, 암컷의 수면이 줄어들고 활동성이 높아진다는 것입니다. 임신한 여성 또는 임신하지 않았더라도 정액이 체내로 들어간 여성은 수면이 줄어들고 활동성이 높아진다는 것으로 생각해 볼 수 있습니다. 직장이나 조직 내에서 생산성을 높일 수 있을 것이라고 생각할 수도 있을까요?
4. 초파리의 장수 비결? 성생활을 줄이는 것보다는 음식물을 줄이는 것이 장수하는데 더 좋다는 결론에 동의하나요? 과식보다는 소식이 건강에 좋을 것이라는 것인데, 결핍이 아닌 적정한 소식은 건강에 좋을 것입니다. 다만, 성생활은 장수와 관련하여 주된 요인이라기보다는 사회적인 부수 효과가 있을 수 있겠다고 생각됩니다.
