눈 없는 멕시코 동굴물고기(blind cave fish)

두 마리의 표면형 멕시코 테트라와, 눈이 없고 색소가 결핍된 동굴 서식형 근연종

By Richard Borowsky (New York University], CC BY 3.0, wikimedia commons.

 

1. 표면형과 동굴형

멕시코 동굴물고기(Astyanax mexicanus, 멕시코 테트라)는 잉어목 카라신과에 속하는 담수어로, 멕시코와 미국 남부의 하천, 호수, 그리고 석회암 동굴 속 지하 하천에 서식한다. 이 종의 가장 큰 특징은 한 종 안에 표면형(surface morph)과 동굴형(cave morph)이 공존한다는 점이다. 수면 가까이에서 사는 친척 종(표면형)은 일반적인 은빛 물고기처럼 눈과 색소를 모두 갖추고 있지만, 동굴형은 눈이 퇴화하고 색소가 소실된 흰색 또는 분홍빛의 몸을 가지고 있다.

 

2. 동굴형의 눈 퇴화 과정

동굴형 개체는 배아 발달 첫 24시간 동안 원시적인 눈 구조를 잠시 형성한다. 그러나 곧 혈액 공급이 차단되면서 발달이 멈추고, 그 위를 피부가 덮어버린다. 이러한 변화는 유전적 돌연변이와 발달 경로의 변화에서 비롯되며, 특히 Sonic hedgehog(shh) 유전자의 과발현이 눈 조직의 성장을 억제하는 데 중요한 역할을 한다. 완전히 사라진 것처럼 보여도 일부 개체에서는 퇴화된 눈의 흔적이 피부 아래에 남아 있는 경우도 있다. 

 

3. 감각과 먹이 탐색 방식

동굴형은 시각 대신 측선(lateral line) 감각이 크게 발달하여 물살, 압력 변화, 진동을 정밀하게 감지할 수 있다. 먹이를 찾을 때는 입을 오므려 짧게 흡입(suction burst)하며 주변의 압력 변화를 확인한다. 이 방식은 박쥐가 반향정위를 이용하는 것과 유사하지만, 소리 대신 수압 패턴을 통해 주변 환경을 인지한다. 주 먹이는 작은 갑각류, 곤충 유충, 그리고 부유하는 유기물이다.

 

4. 진화적 의의

멕시코 동굴물고기의 동굴형 개체군은 약 29곳 이상의 서로 다른 동굴에서 독립적으로 눈이 퇴화한 사례로, 유사한 환경 압력이 반복적으로 비슷한 형태를 진화시킨 수렴진화(convergent evolution)의 대표적인 예다. 동굴형과 표면형은 교배가 가능하며, 그 후대에서는 눈의 발달 정도와 색소 상태 등 다양한 외형적 특성이 나타난다. 이러한 특성 덕분에 이 종은 발달유전학과 진화생물학 연구의 중요한 모델로 활용되고 있다.

 

5. 다른 흥미로운 사실

표면형을 동굴 환경에서 수십 세대 동안 사육하면 점차 눈이 퇴화하고 색소가 사라지는 등 동굴형과 유사한 특징이 나타난다. 그러나 동굴형을 밝은 환경에서 길러도 눈은 되살아나지 않으며, 이는 눈의 퇴화가 비가역적 변화임을 시사한다. 연구 결과, 눈의 퇴화는 단순히 쓸모가 없어서 일어난 것이 아니라, 눈 발달에 필요한 에너지를 감각기관의 강화로 전환한 적응 전략으로 이해되고 있다.