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쥐 같은 더 작은 포유류의 뇌도 뉴런 하나씩 분석하기에는 너무 복잡하다. 초파리의 뇌는 20만 개의 뉴런으로 구성되어 있어 포유류의 뇌보다 훨씬 단순하지만, 뇌의 작동 원리를 연구할 수 있을 만큼의 복잡성을 지니고 있다. 초파리는 실험실에서 쉽게 키울 수 있고 이미 실험 동물로 널리 사용되고 있어 연구가 쉽다는 점도 큰 장점이다.
버밍햄 대학의 캐롤라이나 레자발 박사 (Dr. Carolina Rezaval)는 굶주린 수컷 초파리가 식량과 암컷 앞에서 어떤 선택을 내리는지를 연구했다. 다소 엉뚱한 연구 같지만, 짝짓기와 식량은 수컷이 목숨을 건 선택을 할 만큼 중요한 문제다.
수컷 초파리 입장에서 당장에 눈 앞에 있는 암컷을 놓치면 다시는 짝짓기 기회가 없을 수도 있다. 그 암컷이 날아가면 끝이기 때문이다. 반면 눈 앞에 있는 먹이를 바로 먹지 않으면 역시 다른 곤충이 날아와 먹을 수도 있다.
짝짓기는 중요한 문제이고 많은 수컷이 후손을 남기기 위해 목숨을 바치는 일도 마다하지 않지만, 반대로 당장 살아남지 않으면 나중에 더 많은 짝짓기 기회를 놓칠 수도 있다. 이런 딜레마 속에서 수컷 초파리는 매우 단순한 뇌를 이용해 적절한 판단을 내려야 한다.
연구팀은 초파리 기준으로는 매우 긴 시간인 15시간 정도 초파리를 굶겨 기진맥진하게 만든 후 먹이와 암컷 초파리를 선택할 수 있는 상황에 노출시켰다. 그 결과 대부분의 초파리는 암컷보다는 먹이를 선택하는 것으로 나타났다.
식욕이 성욕을 이긴 셈인데, 수컷 초파리는 여러 차례 짝짓기 기회를 지닐 수 있으므로 일단 먹고 살아남아 후일을 도모하는 쪽으로 판단한 셈이다. 다만 먹이의 질이 매우 열악한 상황에서는 차라리 짝짓기를 선택한 경우도 있었다. 초파리가 무조건 본능에 따라 행동하는 게 아니라 상황에 맞춰 여러 가지 선택을 내릴 수 있다는 이야기다.
연구팀은 이 과정을 더 상세히 분석하기 위해 유전자를 조작해 특정 뉴런에 형광 표시를 하고 뉴런을 흥분시키거나 혹은 차단하는 방식으로 의사 결정 과정에 관여하는 뉴런과 신경 경로를 확인했다. 단순한 뇌가 어떻게 의사 결정을 하는지 세포 수준에 확인한 것이다.
물론 사람의 의사 결정 과정은 초파리와 비교할 수 없을 만큼 복잡한 과정을 거쳐 일어날 것이다. 하지만 뉴런과 시냅스를 통해 사고를 처리한다는 점은 동일하기 때문에 인간의 뇌와 사고 과정을 이해하는 데 도움을 줄 수 있다. 먼저 단순한 뇌에서 그 작동 원리를 이해하면 점점 더 복잡한 동물의 뇌에서 작동 원리도 이해할 수 있을 것이다. 이렇게 하나씩 단계를 높여나가면서 더 복잡한 뇌를 분석한다면 인간의 뇌에 숨겨진 비밀도 풀어낼 수 있을 것이다.
고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
