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개구리는 지휘자 없이도 어떻게 합창할까?





KAIST 조광현 교수팀, 생명체의 동기화 원리 밝혀

나무에 붙어 있는 수많은 반딧불들이 어떻게 동시에 깜빡일까? 매미나 개구리는 지휘가가 없는데도 어떻게 아름다운 합창을 할 수 있을까? 생명체들의 이러한 현상을 ‘동기화’라고 한다.

KAIST 바이오및뇌공학과 조광현 교수팀은 2일 생명체의 다양한 진동 신호들이 동기화되는 원리를 규명했다고 밝혔다. 조 교수는 생명체를 대상으로 직접 하는 대신 컴퓨터 속에 가상세포를 만들고 이를 이용한 시뮬레이션 실험으로 이번 결과를 얻었다.

이 연구는 세포생물학 분야 학술지인 ‘세포과학저널(Journal of Cell Science)’ 1월 26일자 에 발표됐다.

연구팀은 생명체에서 나오는 여러 개의 독립적인 주기적 진동신호들이 서로 양성피드백을 주고받으며 서로의 위상에 영향을 줘 하나의 동일한 위상으로 수렴되는 현상을 밝혀냈다.





양성피드백(positive feedback)은 서로 연결되어 있는 두 요소 중 어느 하나가 변하면 결과적으로 다른 쪽도 같은 방향으로 변화시키는 형태의 연결구조다. 연구 결과 생명체에서 양성피드백은 이중 활성이나 이중 억제의 형태로 나타난다. 이중활성 피드백은 연결시간 지연이 짧을 때, 이중억제 피드백은 연결시간 지연이 길 때 동기화를 잘 일으킨다.

또 노이즈 교란이 생기면 이중활성 피드백은 진동신호의 주기보다 진폭을 안정적으로 유지하고, 연결강도에 불규칙한 변화가 생기면 이중억제 피드백이 일정한 주기와 진폭을 유지시켜준다.

연구팀은 이번에 규명된 원리를 통해 생체 신호의 동기화가 교란될 때 발생하는 뇌질환 등 여러 질병의 원인을 새롭게 조명할 수 있을 것으로 기대했다.

조 교수는 “생명체는 복잡하게 얽혀있는 네트워크 속에 정교한 진화적 설계원리를 간직하고 있었다”며 “인공진화를 통해 신호의 동기화 현상을 관측하였을 때에도 마찬가지로 이같은 현상이 성립됐다”고 말했다.

 

 

 



김상연 동아사이언스 기자 dream@donga.com



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