얼굴은 인간을 어떻게 진화시켰는가/애덤 윌킨스
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<얼굴은 인간을 어떻게 진화시켰는가>의 저자 애덤 윌킨스는 인간의 얼굴에서 왜 주둥이는 사라지고 이마가 생겼는지
얼굴과 뇌는 어떻게 연결되어 있고 턱과 근육 메커니즘, 얼굴 표정이 어떻게 진화해 왔는지를 발생학, 분자 유전학, 분자생물학, 세포생물학, 고생물학 등을 총 동원해서 얼굴의 진화를 서술해 나갑니다.
내용이 워낙 방대하여 2회에 걸쳐서 요약 소개합니다.
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얼굴의 진화를 척추동물의 기원부터 시작하기로 하고 5억 년도 더 전인 캄브리아기라고 불리는 지질시대에 지구상에 출현한 최초의 척추동물, 즉 턱뼈가 없는 작은 어류들을 출발점으로 삼았다. 척추동물, 신경 능선세포, 이 세포는 척추 동물 이전의 동물에게서는 찾아볼 수 없는 완전히 새로운 종류의 세포다. 이 세포는 척추동물의 배 발생 과정 초기에 생겨난 후 배아 내에서 다른 위치로 이동한다. 그리고 이동한 자리에서 증식을 하면서 각자의 위치에 걸맞은 다양한 종류의 특수화된 세포로 대체된다. 이런 자손세포는 체내의 조직과 구조에 다양성을 부여한다. 이와 같은 맥락에서 다양한 얼굴 모습 사이에 존재하는 진화상의 차이점들 중 대부분은 신경능선 세포의 활동으로 생겨난 차이점들에 기인한다.
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얼굴과 얼굴 표정의 진화적 뿌리를 이해하기 위해서는 두뇌의 진화를 이해해야 한다. 생명체가 가진 뚜렸이 구별되는 두 개의 특성이 함께 진화하는 현상을 공진화라고 하며 얼굴, 뇌 공진화는 얼굴의 진화에서 빼놓을 수 없는 부분이다.
서로 다른 개체들의 얼굴을 인식하기 위한 뇌 구조와 신경 회로, 얼굴 표정을 만드는 신경과 근육 메커니즘, 얼굴 표정을 읽는 신경계의 능력이 주제다.
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배 발생에서 뇌와 얼굴
얼굴과 뇌의 연관성은 첫 번째 배 발생 과정에서,
두 번째는 태아가 발달하는 동안 발생하고, 얼굴과 뇌가 상호작용에 의해 얼굴의 형태가 만들어진다.
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얼굴은 이 외배엽 부위에서부터 발달한다.
외배엽 기원판에서 발생하는 기관은 안구만이 아니다. 머리의 모든 감각 기관은 외배엽 기원판에서 시작된다.
발달과정에서 중요한 사실은 얼굴의 기본 형태가 얼굴 융기들이 제대로 자리를 잡고 성장하다가 마침내 결합하고 더 발달하면서 만들어진다는 점이다.
포유류 배아에는 총 네 쌍의 또는 8개의 얼굴 융기가 존재한다.
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얼굴 발달의 주요 특징 요약해 보면
얼굴은 근본적으로 얼굴 원기에서 나온 배아의 앞쪽 끝에서 발달한다. 외배엽 기원판이 생산하고 방출하는 소닉 헤지호그 분자에 반응하며 각자의 장소에서 자신들의 역할에 전념한다. 나머지 두 개의 기원판은 내배엽 기원판, 즉 최초의 인두굽이에서 생성되고 신경 능선세포를 끌어들이기 위해 동일한 화학적 신호를 사용한다.
발생생물학적 관점에서 자궁은 배아와 태아의 발생에 있어서 ‘지시적’이 아니라 ‘자유방임적’인 환경이다. 다양한 사건들의 물리적 역학이 결정적 요인이 된다. 중요한 것은 배아의 세포에 들어 있는 유전자들의 활동이다.
얼굴의 발달에 중요한 유전자는 FGF8얼굴 성장 촉진유전자와 소닉 헤지호그 유전자다.
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지구에서 세포의 역사는 37억년이다. 살아있는 생명체가 지닌 놀라운 다양성은 이들이 가진 모든 복잡한 유전자 조절 시스템의 진화를 통한 발현이다.
유전자 활동의 선형적 배열을 유전자경로라고 한다. 유전자 전사의 활성과 억제하는 작용, 두 가지가 있다.
얼굴발달에서 섬유모세포 성장인자8과 소닉 헤지호그 분자. 이들은 유전자산물의 선형적 명령계통을 따른다. 이런 특정한 유전경로를 신호 전달 연쇄 반응이라고 한다.
신호전달과 전사 억제는 순서상으로 연관되어 있다. 신호전달 연쇄반응은 전형적으로 특정 유전자의 전사를 활성화하거나 억제한다.
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대뇌피질은 초기 배아에서 종뇌의 등 쪽에 있는 단일 상피세포층에서부터 시작한다. 그러나 이 상피는 이후에 6층으로 구성된 구조물로 발달하고 각 층마다 특유의 세포와 두께를 가진다. 대뇌피질이 확장되면서 두뇌가 확대되었다. 층수가 더 많아지거나 6층의 깊이가 더 깊어지는 것이 아니라 넓이와 길이가 확장되었다. 그 결과 수 많은 주름이 만들어진다.
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결론: 얼굴의 발달에서 주요 동인이 되는 유전자 활동
인간 발달에서 4-10주 기간에 얼굴 원기의 성장과 발달을 통제하는데 관여하는 유전자들은 섬유모세포 성장인자와 소닉 헤지호그 유전자 등이 있다.
각각의 변화는 다음 변화를 위한 발판을 제공한다. 이는 얼굴의 발달에서와 마찬가지로 두뇌의 발달에서도 마찬가지다.
일반적으로 유전자 활동은 발달 과정을 이끌 뿐만 아니라 정형적인 특징과 안정성을 부여한다.
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얼굴 발달에서 중요한 3가지 사항.
1. 독립적으로 활동하는 유전자는 없다.
2. 세포의 성장과 생화학적 특성의 변화든 세포의 앞선 발달과정과 구조, 위치에도 의존한다.
3. 세포 집단과 덩어리들의 규모와 모양에 변화를 만들어 내는 물리적 과정과 연관이 있다.
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인간이 가지는 유전자 세트는 똑같다. 차이점은 개인마다 전체 유전자 세트의 구성에서 차이가 나기 때문이 아니라 개별 유전자에 있는 뉴클레오티드 서열의 차이, 다시 말해 대립 유전자의 차이에서 발생한다. 개체군내에서 이동하고 퍼질 수 있는 진정으로 이기적인 DNA조각이 있다. 그것은 전이 인자다.
계속 2부로?이어집니다.