美 하버드대 연구진, 문어의 감각 수용체 역할 밝혀

캘리포니아 두점문어는 빨판에 있는 센서를 통해 박테리아 화합물을 감지한다./셀(Cell)

문어가 바닷속에서 먹잇감을 찾고 알을 돌볼 때 빨판으로 미생물이 분비하는 물질을 분석한다는 연구 결과가 나왔다. 단순히 눈으로 보거나 다리에 닿는 촉감을 감지하는 것 외에 일종의 화학 센서까지 활용한다는 말이다.

니콜라스 벨로노(Nicholas Bellono) 미국 하버드대 교수 연구진은 문어가 물체 표면에 자라는 미생물의 화학 신호를 감지해 먹잇감과 알의 상태를 구분한다는 것을 밝혀냈다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘셀(Cell)’에 17일(현지 시각) 게재됐다.

◇빨판에 닿는 표면의 미생물 분비물 확인

문어는 호기심이 많은 해양 동물로, 다리마다 200개 이상 달린 빨판으로 주변 환경을 감지하고 먹잇감의 맛까지 느낄 수 있다. 빨판에는 감각 수용체를 가진 신경세포가 몰려 있다. 벨로노 교수는 “문어가 실제로 환경에서 무엇을 감지하는지 궁금했다”며 “이 감각 수용체들은 탐색하는 표면에서 신호를 받아들이는 데 이상적인 구조”라고 설명했다.

이번 연구는 우연한 관찰에서 출발했다. 레베카 세펠라 하버드대 박사후연구원은 연구실에서 캘리포니아 두점박이 문어(학명 Octopus bimaculoides) 어미가 알을 분류하고 일부는 버리는 것을 관찰했다. 이후 현미경으로 알을 관찰한 결과, 버려진 알에는 특정 미생물이 붙어 있었다.

이를 계기로 연구진은 문어가 사물 자체가 아니라, 표면에서 자라는 미생물 군집을 감지하고 있다는 가설을 세웠다. 실제로 문어의 서식지에서 채취한 미생물 300종을 배양한 뒤, 각 미생물이 문어의 감각 수용체에 어떤 반응을 일으키는지 실험했다.

그 결과, 일부 특정 미생물만이 감각 수용체를 활성화시켰다. 이 미생물은 주로 상한 먹잇감이나 알에서 발견됐다. 예를 들어 죽은 게의 껍데기에서 자라는 미생물은 H3C라는 분자를 분비하는데, 이는 문어에게 ‘이 먹이는 신선하지 않다’는 신호로 작용했다. 또 건강한 알 위에 있는 미생물은 ‘양호한 상태’라는 정보를 전달해 문어가 알을 계속 돌보게 했다.

연구진은 문어가 이러한 신호를 어떻게 행동으로 반영하는지도 실험했다. 플라스틱 게 모형에 H3C 물질을 묻혀 문어에게 보여주자, 문어는 이를 멀리하거나 외면했다. 반면 H3C가 없는 경우에는 바로 잡아먹으려는 반응을 보였다.

문어는 다리 빨판에 있는 수용체(chemoreceptor)라는 화학 센서로 물체 표면의 미생물이 분비하는 물질을 감지해 먹잇감과 알의 상태를 파악한다./Cell

◇인간과 미생물 관계 연구에도 활용

앞서 벨로노 교수 연구진은 지난 2020년 셀지에 캘리포니아 두점박이 문어의 빨판이 먹잇감에 닿으면 다른 물체를 감지할 때와 다른 신경신호가 전달된다고 발표했다. 촉감과 맛을 동시에 감지한다는 의미다.

2023년에는 문어 다리 빨판에 있는 감각 수용체가 물에 녹지 않는 기름 분자에 민감하게 반응한다는 사실을 밝혀냈다. 물고기 피부나 문어의 알, 또는 바다 밑바닥의 화학물질이 대부분 물에 녹지 않는 성분이다. 문어가 바다 밑바닥에서 팔에 닿는 물체가 먹잇감인지 아니면 보살펴야 할 알인지 간을 본다는 의미다.

연구진은 이번에 문어 빨판이 먹잇감과 알 자체가 아니라 그 표면에 자라는 미생물이라는 중개자를 통해 정보를 파악한다는 사실을 알아냈다. 세펠라 박사는 “미생물이 주변 환경의 온도나 영양소 수준과 같은 정보를 끊임없이 수집하고, 이를 반영하는 화학 물질을 만들어 문어에게 알려주는 ‘화학 통역사’ 역할을 한다”고 설명했다.

이 점에서 문어는 인간과 장내 미생물의 관계를 연구하는 데 도움을 줄 수 있다. 인간에서도 장내 미생물이 식욕과 면역, 감정에 영향을 미친다는 연구들이 있지만, 그 구조가 너무 복잡해 인과관계를 명확히 밝히기 어려웠다. 하지만 문어는 비교적 단순한 생체 시스템 덕분에, 하나의 미생물부터 특정 신경 수용체를 거쳐 행동으로 이어지는 연결고리를 명확하게 보여준다고 연구진은 밝혔다.

연구진은 다른 동물도 문어와 비슷한 방식으로 미생물을 감지하는 행동을 할 수 있다고 추정했다. 세펠라 박사는 “편모조류라는 단세포 생물은 특정 미생물을 감지하면 군집을 만들어 하나의 다세포 생물처럼 기능한다”며 “미생물 신호가 동물 진화 초기부터 관여해 왔을 가능성이 있다”고 말했다.

벨로노 교수는 “문어의 다리 사용법에 대한 단순한 질문을 따라가다 보니, 동물이 세상을 감지하는 새로운 방식을 발견할 수 있었다”며 “생명과 진화 전반에 걸쳐 미생물은 필수적이며, 미생물이 생리와 행동에 얼마나 깊은 영향을 미치는지 보여주는 또 다른 사례”라고 말했다.

참고 자료

Cell(2025), DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.05.033

Nature(2023), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05822-1

Cell(2020), DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.09.008

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