DNA that was frozen for 2 million years has been sequenced

200만 년간 동결되었던 DNA의 염기서열이 밝혀졌다

그린란드의 생태계에서 추출한 고대 DNA 조각을 분석하자 새로운 사실들이 밝혀졌다. 200만 년 전 그린란드에는 코끼리처럼 생긴 마스토돈이 꽃을 피운 종자식물들 사이를 거닐었다. 이번 발견은 지구온난화에서 살아남을 수 있는 단서를 제공할 것으로 보인다.

덴마크 코펜하겐 대학(University of Copenhagen) 연구진들은 그린란드의 얼어붙은 내륙에서 DNA를 복구하기 위한 연구를 진행해왔다. 그들은 8년의 노력 끝에 200만 년 전 고대 물고기와 식물들, 마스토돈(mastodon)의 유전자 조각에서 염기서열을 밝혀내는 데 성공했다.

이들이 연구한 고대 유전자 조각은 현재까지 발견된 DNA 중 가장 오래된 것이다. 작년에 다른 연구진이 100만 년 전 매머드 치아에서 유전자 물질을 발견했었지만 이제 그 기록은 깨졌다. 연구진들은 오늘날보다 기온이 높은 고대 그린란드에 살았던 수십 종의 생물들이 퇴적물에 남긴 유전자 물질을 관찰했다.

본 연구를 주도한 코펜하겐 대학의 고생물학자 에스케 윌러슬레브(Eske Willerslev)는 “유전자 물질 분석을 통해 전체 생태계를 파악할 수 있다. 같은 시간과 장소에 공존했던 유기체들을 확인하는 것이 가능하다”라고 설명했다.

그들의 이번 발견은 꽃이 만발하고 포플러 나무가 무성하게 자랐던 그린란드의 반전을 보여준다. 또한, 생태계가 급속한 온난화에 어떻게 적응하는지 밝히는 데 도움을 줄 것으로 기대를 받고 있다.

윌러슬레브는 “과거 기후변화를 극복하기 위해 식물들이 어디에서, 어떻게 진화했는지 확인할 수 있는 지도를 구성했다”라고 말했다. 그는 고대 DNA 분석이 오늘날 급속하게 진행되는 지구온난화에 식물들이 적응하기 위한 로드맵을 제공할 수 있다고 덧붙였다. 

연구보고서가 게재된 네이처(Nature)는 연구진을 위해 온라인 기자회견을 마련했다. 윌러슬레브는 기자들에게 유전자 조각의 분석을 통해 그린란드 숲의 생태계는 꽃과 나무들로 무성했었을 것이라고 설명했다. 그렇지만 현재 그린란드의 이 지역에서는 이끼와 사향소를 제외하고는 어떤 생명체도 살아갈 수 없다.

윌러슬레브는 “과거의 그린란드는 오늘날과는 완전히 다른 생태계로 북극 종들과 온대 종들이 공존하고 있었다”라며, “그린란드는 지구 온난화의 영향으로 인하여 우리가 마주하게 될 기후와 비슷하다. 이번 연구를 통해 자연이 온난화의 변화에 어떻게 반응했는가를 알 수 있게 될 것이다”라고 말했다.

일부 연구자들은 매머드와 같은 멸종된 포유류를 되살리기 위해 고대 DNA 연구 결과를 활용하자고 제안했었다. 그러나 윌러슬레브는 고대 식물 DNA에 대한 연구가 매머드 같은 동물처럼 “매력적”이지는 않지만 “앞으로 더 중요해질 것”이라고 단언했다.

고대 DNA에 대한 연구는 1984년 과학자들이 멸종된 얼룩말의 일종인 콰가(quagga)에서 시작되었다. 과학자들은 박물관에 전시된 콰가의 건조된 근육에서 판독 가능한 유전자를 추출했다. 그 이후 새로운 연구 방법들과 유전자의 염기서열을 판독하는 시퀀싱 장비들을 이용할 수 있게 되면서 고대 DNA 시퀀싱은 더 본격적으로 진행되었다. 

DNA는 시간이 지나면서 분해되기 때문에, DNA 조각들은 오래될수록 더 작아진다. 그러므로 시간이 흐르면 알아낼 수 있는 정보가 남지 않게 된다. DNA 조각들이 짧을수록 그것이 어떤 식물 종이나 동물 종의 것인지 파악하는 것이 더욱 어려워진다.

윌러슬레브는 “콰가의 근육에 남겨진 커다란 화학적 손상을 찾아냈을 때 고대 DNA의 발견을 확신했다”라고 말했다. 동물 사체에서 발견되는 고대 DNA 조각들에는 사후에 축적된 광범위한 화학적 손상이 남아있다. 그와 동료 연구진들은 2006년부터 그린란드의 퇴적물 샘플을 연구하기 시작했다. “200만 년에 걸쳐 많은 진화가 이루어졌기 때문에 고대 DNA에서 발견한 생물종은 오늘날과는 다를 수 있다”라고 그는 덧붙였다. 코펜하겐 대학의 연구진들은 발견된 DNA가 저온 상태를 유지하고 있었고 점토와 석영에 결합해 있어 분해 과정이 늦어질 수 있었다고 설명했다.

고대의 유전자들

과학자들이 복구 및 염기서열을 밝히는 데 성공한 몇 가지 유전자들은 아래와 같다.

시대추출한 표본

Image
200만 년 전그린란드 북부 극지사막의 환경 DNA
Image100만~200만 년 전매머드 치아의 일부 DNA
Image56만~78만 년 전얼어붙은 발 뼈의 말 유전체
Image4만 5천 년 전불가리아 동굴의 가장 오래된 호모 사피엔스의 유전자 염기서열
Image1,300년 전선사시대 인간의 배설물 속 미생물
675년 전흑사병 박테리아의 완벽한 유전체 복제본

Source: Orlando, et. al, Ancient DNA analysis, Nature Review, 2021

과학자들이 유전자 흔적을 통해 과거의 어디까지 시간을 거슬러 올라갈 수 있을지는 아직 미지수이다. 캐나다 맥마스터 대학(McMaster University)에서 고대 DNA를 연구하는 박사후 연구원 타일러 멀치(Tyler Murchie)는 “한계에 도달한 것 같지만 누구도 알 수 없는 법이다”라고 말했다. 그는 네덜란드에서 “생태계를 완벽하게 재구성” 하기 위해 최근 몇 가지 기술을 성공적으로 융합한 것으로 보인다고 말했다. 

윌러슬레브는 100만 년 전에 살았던 생물의 DNA의 복구는 거의 불가능하다고 믿고 있었다. 그렇지만 이제 그 기록은 깨졌고 DNA 복구가 가능한 시간대가 점차 넓혀지지면서 윌러슬레브는 한계가 어디인지에 대해 말하기를 꺼리게 되었다. “앞으로의 복구 가능한 고대 DNA의 시간 범위가 두 배 더 늘어난다고 해도 놀라지 않을 것이다. 하지만 아직 장담은 하지 않겠다”라고 말했다. 

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