놀라운 재생능력의 비밀은 줄기세포
줄기세포는 자기 증식을 통해 여러 종류의 신체 조직으로 분화할 수 있는 능력이 있다. 분화란 초기 단계의 세포가 뼈, 심장, 피부 등 어떠한 특성을 갖추는 과정을 말한다. 줄기세포는 아직 미분화된 세포여서 적절한 조건을 맞춰주면 다양한 조직의 세포로 분화할 수 있다.
우리 혈액 속에서 혈구가 계속 생성될 수 있는 이유도 골수 안에 있는 줄기세포가 끊임없이 자기증식을 하기 때문이다. 골수 속의 줄기세포는 적혈구도 만들고, 백혈구도 만들고, 혈소판도 만든다. 한 개의 줄기세포는 다양한 종류의 세포를 만들어 낼 수 있다.
혈구, 피부, 신경 등이 손상되거나 파괴된 후 재생되는 부위가 있는가 하면 줄기세포가 없어 손상을 입으면 재생이 불가능한 부위도 있다. 사람의 뇌나 척수의 신경, 심장, 신장 등에는 줄기세포가 없다. 따라서 많은 과학자들은 줄기세포의 분화능력을 이용해 이러한 장기들을 재생시키려는 연구를 하고 있다.
이러한 점에서 재생 의학을 연구하는 과학자들은 플라나리아에 주목한다. 플라나리아는 몸의 모든 세포와 조직을 만들 수 있는 만능 줄기세포가 온 몸에 골고루 분포돼 있다. 몸을 100조각으로 나누면 100개의 조각 모두가 자르기 전 성체의 모습으로 재생된다. 머리 부위를 여러 조각으로 베면 머리가 여럿 달린 플라나리아가 된다.
플라나리아는 몸이 납작한 편형동물의 일종이다. 입은 있으나 항문이 없어 입으로 다시 배설물을 배출한다. 플라나리아는 거머리와 비슷한 살짝 징그러운 외모지만 1급수에만 산다. 따라서 플라나리아의 활동이 가장 활발한 5월이 채집하기 가장 좋지만 일반 계곡에서 찾아보기가 쉽지 않다. 오염되지 않은 계곡이 있다면 물속의 돌을 뒤집으며 찾아야 한다. 플라나리아는 빛을 싫어하는 음성 주광성의 성질을 갖고 있어 돌 아래나 어두운 곳으로 몸을 숨긴다. 채집할 때 손으로 떼어내거나 나뭇가지로 털어내다 보면 뚝 잘라지거나 몸에 상처가 남을 수 있으니 스포이트나 붓을 준비해서 채집하도록 한다. 플라나리아를 채집할 수 없다면 실험재료를 공급하는 회사에서 구입하는 것도 한 방법이다.
<;실험 따라하기>;
온몸에 줄기세포가 골고루 박힌 플라나리아의 재생실험에 도전해보자!
● 실험 준비물
플라나리아 2~3마리 이상, 슬라이드 글라스, 면도칼(되도록 새 것), 스포이트, 붓, 현미경(20~40배)
● 실험 방법
① 플라나리아를 슬라이드 글라스 위에 올려놓는다.
② 플라나리아를 여러 조각으로 나눈다.
③ 다시 배양액에 넣고 며칠 동안 변화를 관찰한다.
● 실험 결과
플라나리아의 각 조각에서 새로운 플라나리아가 재생되는 것을 관찰할 수 있다.
● 실험 시 유의할 점
① 플라나리아의 몸은 매우 연하므로 핀셋이나 손으로 떼어내거나 하지 말고, 붓 또는 스포이트를 이용한다.
② 플라나리아를 나누는 순간에도 충분히 물을 떨어뜨린 상태에서 실시한다. 건조한 상태에서 자르면 다시 재생되기 어렵다.
③ 날카로운 면도날을 이용해서 단번에 잘라주어야 재생확률이 더욱 높아진다.
생식기관이 아니라 영양기관으로 생식한다고??
이번에는 식물에서 몸의 일부 기관만으로 전체를 재생하는 현상을 알아보자.
꽃이 피는 식물 중에서 속씨식물(밑씨가 씨방 속에 들어 있는 식물)은 종자로 번식을 한다. 이 종자는 정핵과 난세포가 만나 만들어진 배와 정핵과 극핵이 만나 만들어진 배젖 두 부분으로 이뤄진다. 칼로 감을 자르다가 우연히 그 안에 들어있는 씨까지 절단해본 사람들은 절단된 씨의 단면에서 조그맣고 하얀 숟가락 같은 것을 본 적이 있을 것이다. 이 부분이 앞으로 식물로 성장할 배고 배를 둘러싼 나머지 부분이 양분을 공급하는 배젖이다. 이렇게 암수 생식세포가 만나 생식하는 방법이 유성생식이다. 중복수정이 이뤄지는 장소인 꽃은 식물의 생식기관인 셈이다.
아메바나 짚신벌레 같은 하등생물에서는 암수의 구분이 없는 무성생식이 일어난다. 무성생식의 방법으로는 이분법, 출아법, 포자법이 있다. 단세포 생물은 세포분열의 결과 나눠진 세포가 하나의 성체로 자라는 이분법으로 번식한다. 효모나 히드라, 말미잘은 몸에 돌기가 자란 다음에 그 돌기가 떨어져 나와 새로운 개체가 되는 출아법으로, 꽃이 피지 않는 식물인 고사리나 이끼 같은 식물은 포자법으로 생식한다.
유성생식을 하는 속씨식물이 무성생식을 하는 경우도 있다. 고등식물의 무성생식은 영양기관에서 이뤄진다. 광합성을 통해 양분을 합성하는 잎, 양분을 운반하는 줄기(관다발), 물과 무기양분들을 흡수하는 뿌리가 식물의 영양기관이다.
영양생식의 예는 우리 주변에서 쉽게 찾을 수 있다. 실온에서 보관한 감자를 보면 파랗게 변한 뒤 싹이 나 있다. 우리가 먹는 것은 감자의 땅속줄기 부분이다. 땅속에 묻혀 있기 때문에 뿌리로 생각하기 쉽지만 감자는 줄기고, 고구마는 뿌리다. 뿌리인 고구마에는 물과 무기양분을 흡수하는 뿌리털이 있다. 반면 감자는 뿌리털이 없다.
감자는 땅속줄기를 통해 새로운 개체를 만들어낸다. 고구마도 뿌리만으로 생식이 가능하다. 고구마를 물에 담그면 잎과 줄기 뿌리가 돋아난다. 이러한 영양생식은 식물의 우수한 형질을 그대로 유지할 수 있고, 씨로 번식하는 것보다 훨씬 빠른 시간에 식물을 재배할 수 있다는 장점이 있다. 농업이나 원예에서 인공적인 영양생식 방법을 많이 이용하는 것도 이 때문이다.
<;무성 생식의 종류>;
① 이분법 : 몸이 둘로 나눠져 새로운 개체가 된다.
② 출아법 : 몸의 일부에서 자라난 돌기가 떨어져 나와 새로운 개체를 만든다.
③ 포자법 : 몸의 특정 부분에서 생긴 포자에서 싹이 터 새로운 개체가 된다.
④ 영양 생식 : 영양 기관을 이용해 번식하는 방법이다.
플라나리아 대신 각종 채소로 재생실험을 할 수 있다!!
플라나리아처럼 몸의 일부로 다른 부분을 재생할 수 있는 능력이 뛰어난 식물로는 감자, 고구마 외에도 딸기, 백합, 달리아 등이 있다. 모두 특별한 재료와 방법 없이도 쉽게 집에서 재배할 수 있는 식물들이다.
우리가 먹는 채소들도 집에서 재배할 수 있다. 요리 할 때 잘라서 버리는 파뿌리를 물이 담긴 그릇에 가지런히 담고, 햇빛이 비치는 곳에 두면 1~2일만 지나도 파릇파릇한 새 잎이 돋아난다. 일주일쯤 지나면 라면이나 된장찌개에 넣을 수 있을 만큼 충분히 자란다. 파는 흰색 부분에 양분이 들어 있기 때문에 싱싱한 뿌리를 골라 흰색 줄기 부분을 좀 많이 남게 잘라 키우면 더욱 싱싱하게 자란다. 이렇게 자라는 파도 광합성을 통해 영양분을 합성하므로 맛과 영양에서 원 식물과 큰 차이가 없다. 채소를 재활용하는 셈이다.
미나리도 뿌리만으로 새로운 개체로 자랄 수 있다. 미나리의 재생능력은 매우 뛰어나서 미나리를 키우는 농부들도 미나리의 잎과 줄기 부분만 베어낸 다음 여러 번 재생시켜 판매한다고 한다. 당근, 무, 배추도 영양기관인 뿌리 부분만으로 다른 기관들을 만들어 내는 재생능력이 뛰어나다.
<;실험 따라하기>;
뿌리 등의 일부 영양기관만으로 식물 전체가 재생되는 영양생식 현상을 관찰해보자.
● 실험 준비물
파, 미나리, 배추 등 채소에서 버리는 뿌리부분, 납작한 플라스틱 통, 휴지, 그릇
● 실험 방법
① 플라스틱 통에 휴지를 3~4겹 정도 깐 위에 뿌리부분을 모아 담는다.
② 햇빛이 비치는 곳에 두고 물이 마르지 않도록 유지시킨다.
● 실험 결과
버리는 뿌리부분만으로 몸 전체를 만드는 재생현상이 일어나는 것을 관찰할 수 있다. 또한 그 결과물을 온 식구가 맛있게 먹을 수 있다.
● 실험 시 유의할 점
① 실험할 때 되도록 싱싱한 뿌리를 이용하는 것이 좋다.
② 물이 건조하지 않도록 잘 살펴주고, 혹시 물이 부패하기 시작하면 소주를 반 컵(소주잔 기준)정도 넣어준다.
