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성게의 거칠고 부러지기 쉬운 가시는 기술적으로 경이롭다. 뿌리부터 바늘같이 날카로운 끝부분까지 하나의 결정으로 구성되어 있으며 부러진 후 며칠 내에 다시 자란다. 이제 웨이즈먼 과학 연구소(Weizmann Institute of Science)의 과학자 팀은 결정이 어떻게 다시 자라나는지 그 방법을 보여주었다.
많은 결정은 가장 친숙한 예로 액체, 설탕 및 소금에 녹는 구성 원자 또는 분자에서 자라지만, 이 연구소 구조생물부(Structural Biology Department)의 리아 아다디(Lia Addadi)와 스티브 웨이너(Steve Weiner) 교수 연구팀은 성게가 다른 전략을 사용함을 알아냈다. 연구팀은 가시의 물질을 먼저 "무정형 탄산칼슘(ACC)"이라는 비결정 형태로 수집했다. 부러진 가시 뿌리 주변의 세포에서 ACC 다발이 생겨 자라났다. 수 시간 내에 밀집됐지만 조직이 불규칙한 분자로 구성된 무정형 물질이 방해석 결정으로 바뀌며 여기에서 분자가 똑같이 열을 이루면서 격자를 형성했다.
그들은 2가지 종류의 전자 현미경법 등 4가지 조사 방법을 사용하여 침전되어 결정으로 변하는 ACC를 찾아냈다. "매우 기본적으로 보이는 과정을 확인하기가 왜 그렇게 어려운지가 의문점이다. 과학자들은 수 백년 간 이를 연구했다. 사실 ACC는 과도적 단계이므로 이 단계가 진행될 때 이를 포착하는 새로운 방법을 개발해야 했다"고 웨이너는 말했다.
포착된 이미지는 처음에 기존 가시의 뿌리에서 처음에 자란 매우 작은 바늘이 갈라져 단단하지만 가벼운 레이스 구조를 형성함을 보여주었다. 기존 가시의 결정 구조는 결정에서 분자의 정렬에 대한 주형을 제공하므로 복잡하지만 정확한 성장 패턴을 조절한다.
웨이즈먼 그룹의 이전 연구는 미성숙한 성게와 유생 단계 연체동물이 내부 골격을 구성하는데 같은 전략을 사용함을 보여주었지만, 성숙한 해양 동물에서 이 과정을 관측한 것은 처음이다. 유생과 성체가 같은 방법을 사용하는지는 명확하지 않으며 그 생활양식은 매우 다르다. 예를 들어, 작은 성게 유생은 투명하며 물에 떠 있지만, 둥글고 뾰족한 성체는 해저에 산다. 이는 생물학적 과정의 차이로도 해석될 수 있다.
둘 다 효과가 있으므로 아다디와 웨이너는 이 방법이 아마도 불가사리 등 성게와 유사한 생물뿐만 아니라 연체동물과 산호 등 다양한 가시 및 껍질이 있는 해양 생물에 사용되는 기본 전략일 것으로 보고 있다. 또한, 먼저 무정형 단계에서 물질을 생성하여 단일 결정을 키우는 아이디어는 단일 결정의 속성을 갖는 정교한 합성 물질을 생성 및 구성하려는 물질 과학자 및 기술자들에게 유용할 것이다.
한국과학기술정보연구원(KISTI)
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