뱀 독의 진화

뱀의 독은 먹이를 죽이거나 제압하기 위해 진화했으며, 다른 먹이 관련 기능도 수행합니다. 뱀이 가끔 자기 방어를 위해 독을 사용하지만, 이것이 독의 진화에 큰 영향을 미쳤다고 여겨지지는 않습니다.

Dick Culbert from Gibsons, B.C., Canada CC BY 2.0

뱀독의 진화적 역사는 논란의 여지가 있습니다. 과거 뱀독은 한때 카이노피디아(Caenophidia) 또는 여기서 파생된 뱀의 분류군에서 진화했다고 여겨졌습니다. 그러나 2006년에 발표된 분자 연구에 따르면 독은 약 1억 7천만 년 전에 톡시코페라(Toxicofera)라고 불리는 파충류 계통에서 유래되었다고 합니다.

이 가설에 따르면 원래의 톡시코페라의 독은 한 쌍의 샘에 조립된 매우 단순한 단백질 세트였습니다. 이후, 이 단백질 세트는 Serpentes, Anguimorpha, Iguania를 포함한 다양한 톡시코페라 계통에서 다양화되었습니다. 그러나 여러 종류의 뱀 계통은 독을 생산하는 능력을 잃었다고 합니다.

Robert S. Simmons. • CC BY-SA 3.0

그러나 "톡시코페라 가설"은 많은 이들에게 반박되었습니다. 2014년에 실시된 한 연구에 따르면, 단일 기원 가설을 뒷받침하는 데 사용된 16가지 독 단백질의 동족체가 모두 여러 신체 조직에서 높은 수준으로 발현되는 것으로 나타났습니다. 따라서 저자들은 이전에 독 단백질이 톡시코페라 계통 전체에 걸쳐 보존되어 있다는 것을 발견한 연구에서는 파충류 신체 내 특정 조직만 샘플링했기 때문에 이 계통 전체에 더 일반적인 "집안 관리" 유전자가 존재한다는 사실을 잘못 해석했을 가능성이 있다고 주장했습니다. 이후 저자들은 독이 조상 파충류에서 단 한 번 진화한 것이 아니라, "진화된" 뱀이 퍼지기 전에도 한 번을 포함하여 여러 계통에서 독립적으로 진화했을 것이라고 주장했습니다.

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2015년 연구에 따르면, 소위 '독성' 유전자의 상동 유전자가 독이 없는 뱀인 버마왕뱀의 수많은 조직에 존재하는 것으로 나타났습니다. 저자 중 한 명은 구강선 이외의 많은 조직에서 독 유전자와 상동 유전자를 발견했다고 밝혔는데, 이 조직에는 독 유전자가 있을 것으로 예상됩니다. 연구팀은 비단뱀이 주요 독이 발달하기 전의 뱀 진화 시기를 나타낸다고 주장했습니다. 연구자들은 또한 독 유전자 계열의 확장이 주로 매우 독이 강한 세노피디아 뱀(또는 "콜로브리드 뱀"이라고도 함)에서 발생했으며, 따라서 대부분의 독 진화는 이 계통이 다른 뱀에서 갈라진 후에 발생했음을 주장합니다.

steve kharmawphlang CC BY 2.0

현존하는 독소 계열의 대부분을 함유한 독은 세노피디아의 마지막 공통 조상에 존재했을 것으로 여겨집니다. 이 독소는 이후 엄청난 다양화를 겪었고, 독샘과 전달 시스템의 형태도 변화했습니다. 이후 이러한 독소는 엄청나게 다양화되었고, 독선의 형태와 전달 체계도 변화했습니다. 이러한 다양화는 뱀의 급속한 세계적 확산과 관련이 있습니다.

뱀이 독을 표적에 전달하는 데 사용하는 관 모양이나 홈이 있는 송곳니는 여러 번 진화했으며, 수렴 진화의 한 예입니다. 관형 송곳니 뱀에서 흔히 볼 수 있는 관 모양의 송곳니는 살무사과(Viperidae), 코브라과(Elapidae), 두더지독사과(Atractaspidinae)에서 독립적으로 진화한 것으로 여겨집니다.

Kalyanvarma CC BY-SA 4.0

뱀독의 진화는 독 단백질과 먹이 생리학 사이의 진화적 군비 경쟁에 의해 주도되었다고 여겨집니다. 진화의 일반적인 메커니즘은 유전자 복제와 그에 따른 적응적 특성에 대한 자연선택이라고 여겨집니다. 이 과정에서 생성된 적응에는 여러 계통의 특정 먹이에 독성이 더 강한 독, 먹이를 미리 소화하는 단백질, 물고 나서 먹이를 추적하는 방법이 포함됩니다.