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SCIENCE 밤바다를 빛내는 발광생물들

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밝게 빛나는 밤바다를 떠올려보신 적 있나요? 등대 없는 어둠 속에서 바다가 빛난다는 것은 상상하기 무척 어려운데요. 오늘은 밤바다를 반짝반짝 수놓는 특별한 생물들, 발광생물들에 대하여 알아보겠습니다!

< 반딧불이 >

발광생물에 대하여

‘빛이 나는 생물’하면 가장 먼저 반딧불이가 떠오르는데요. 사실 발광생물은 육상보다 오히려 해양에서 더 쉽게 발견할 수 있습니다. 특히 햇빛이 들어오지 않는 심해에 사는 어류에서 흔히 찾아볼 수 있습니다. 이러한 생물들이 ‘발광’이라는 특별한 능력을 갖추게 된 이유는 무엇일까요? 발광 기관은 해양 생물들의 생존에 있어 다양한 방법으로 유용하게 작용합니다. 어두운 바닷속을 밝혀 생물들이 플랑크톤과 같은 먹이를 잡아먹을 수 있도록 하고, 밝은 환경에서 빛을 내어 배경에 생물을 숨기거나 어두운 환경에서 갑작스러운 섬광을 만들어냄으로써 포식자의 위협으로부터 벗어날 수 있도록 합니다. 또한 많은 생물이 살아가는 바닷속에서 같은 종들이 서로를 인식하는 데 사용되기도 합니다.

< 생체발광 >

생물발광의 원리

발광생물들은 자신만의 발광 기관을 통해 빛을 낼 수 있습니다. 이때, 해양 생물의 발광은 광원에 따라 네 종류로 분류할 수 있습니다. 우선, 세포 외 발광은 단세포 또는 다세포의 특수한 분비샘에서 생성되는 발광 분비물의 방출에 의해 나타나며 아주 소수의 물고기에서 발견할 수 있습니다. 세포 내 발광은 주로 표피에서 발달한 선세포 혹은 고유한 광세포 내에서 빛이 생성되고, 박테리아 발광은 발광포 혹은 발광 세포에 존재하는 공생 박테리아에 의해서 나타나며, 죽거나 부패한 생물에서 쉽게 찾아볼 수 있습니다. 마지막으로 화학적 발광은 가장 많이 알려진 발광 방법으로, 생물의 선조직이 분비하는 루시페린이 효소 루시페라아제의 영향으로 산화되면서 방출하는 청색 빛에 의해 나타나게 됩니다.

< 통영 욕지도 앞바다의 발광플랑크톤 >

< 초롱아귀 >

< 발광해파리 >

생채발광을 응용한 다양한 기술들

생체발광의 원리는 다양한 분야에 적용될 수 있는데요. 지금까지도 꾸준히 사용되는 실험 방법 중 하나인 GFP가 있습니다. 해파리의 녹색형광단백질(GFP)은 자외선을 흡수하면 녹색광으로 자신의 빛을 방출시킬 수 있습니다. 이러한 점을 응용하여 바이러스나 특정 단백질에 형광단백질의 유전자를 삽입시키면 생체 내에서 단백질의 작용 및 이동 경로를 알아낼 수 있습니다. 그리고 최근에 개발된 암 치료 기술이 있습니다. 이 기술은 광 치료 분야의 신기술로, 해양생물에서 유래한 발광 효소와 광수용체 단백질, 암세포막수용체를 표적하는 펩타이드를 재조합한 단백질을 암세포막 수용체에 결합하도록 함으로써 암세포 주위에서만 빛을 내도록 하고, 활성산소 발생을 통해 암세포의 사멸을 유도할 수 있습니다. 이외에도 생체발광은 도시의 가로등을 대체할 수 있는 미생물 램프 개발 등에도 응용될 수 있습니다.

오늘 알아본 것처럼 생체발광의 원리는 자연과학, 의학, 조경 등 다양한 산업 분야에서 유용한 기술 개발에 활용되고 있습니다. 우리에게는 생소하지만, 바다에서는 흔히 볼 수 있는 발광생물들, 이 신비로운 생물들의 원리는 과학적으로 큰 가치를 갖기에 앞으로 더 기대해도 좋을 것 같습니다! ⓒ https://www.yourarticlelibrary.com/fish/anatomy-and-physiology/luminous-organs-or-photophore-of-the-fishes-with-diagram/88411 ⓒ http://photobiology.info/Lin.html ⓒ https://www.hanyang.ac.kr/web/www/press? p_p_id=board_WAR_bbsportlet&_board_WAR_bbsportlet_action=view_message&_board_WAR_bbsportlet_messageId=859185 ⓒ 해양 세균의 생체 발광 반응의 기작과 응용, 조기웅, 한국해양연구원, 1995