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현미경으로 세포를 관찰하면 수많은 세포가 오밀조밀 모여있는 걸 볼 수 있어요. 규칙적이고 안정적인 패턴을 이루는데요. 한 연구팀이 이런 현미경 속 세포들의 패턴을 컴퓨터 모형으로 재현했습니다!
Q. 세포 씨, 자기소개 부탁드려요!
안녕하세요, 저는 생명체의 기본 단위인 세포예요. 학자들은 생명체의 모양과 구조가 어떻게 형성되는지를 이해하기 위해 저를 연구하지요. 세포 사이의 상호작용을 알게 되면 세포가 모여 만든 조직을 알게 되고 더 나아가 생명체를 이해할 수 있기 때문이에요.
최근 한 수학자가 냄새나 소리 같이 외부에서 받은 자극을 신경계로 전달하는 ‘감각 상피 조직’에 있는 세포를 연구했어요. 주로 귓속 달팽이관, 콧속 점막 등에 있지요.
Q. 이 수학자가 세포 씨의 패턴을 컴퓨터 모형으로 잘 구현했다면서요?
기존의 제 연구는 직접 관찰한 결과를 토대로 이뤄졌어요. 그러다 보니 컴퓨터로 실험을 할 수 있는 수학적 기반이 부족했지요. 그런데 최근 카렐 스바드렌카 일본 교토대학교 수학과 교수팀이 세포가 어떤 양상으로 배열되는지를 실제에 가깝게 재현한 컴퓨터 모형을 개발한 거예요.
Q. 신기해요! 세포 씨의 움직임을 어떻게 수학으로 나타냈나요?
먼저 세포 한 개를 경계와 내부를 포함하는 ‘닫힌 집합’으로, 보고 두 세포 사이의 결합 부위를 두 집합의 교집합으로 봤지요. 제가 확산하는 모습을 나타낸 ‘열 방정식’과 가까이 있는 두 세포의 경계면에서 발생하는 서로 당기는 힘인 ‘계면 장력’을 변수로 수학 모형을 만들었어요. 그리고 격자로 나눈 공간에서 시간에 따라 세포가 어떻게 변하는지를 나타냈지요.
Q. 이 모형으로 무엇을 했나요?
연구팀은 감각 상피 조직에서 서로 크기가 다른 두 종류의 세포가 섞여 있을 때 시간이 지남에 따라 세포가 어떻게 배치되는지를 실험했어요. 시간이 충분히 지나자 작은 세포가 큰 세포 사이로 골고루 퍼져 들어가 규칙적인 모자이크 패턴을 만들었어요. 실제 저로 실험했을 때와 같은 결과였지요. 스바드렌카 교수는 “생물학과 수학이 기초과학 및 의학 연구에 중요한 발견을 하기 위해 협력할 필요가 있다”라고 밝혔답니다.
