학문
색다른콜리160
공룡 같은거에서 dna추출은 어트케 가능한지 궁금해여?
어릴때 봣던 쥬라기에서도 그러치만여 , 원시 생명가튼것이 발견 대며는여,
dna검사를한다는 등의 얘기가 잇던데여 몆천년이상 지난 사체들로부터 dna어트케줍줍 하는지 궁금해여?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
영화 쥬라기 공원처럼 공룡 화석에서 DNA를 꺼내는 장면을 보면 실제로도 가능할 것처럼 느껴지는데요, 오래된 생물에서 DNA를 추출하는 것은 실제로 가능합니다. 하지만 공룡처럼 수천만 년 전 생물은 거의 불가능하고, 수천 년~수만 년 정도의 비교적 최근 고생물에서는 실제로 DNA 분석이 이루어지고 있습니다.
오래된 사체에서도 DNA를 찾을 수 있는 이유는, DNA는 생물이 죽은 뒤 바로 사라지는 것이 아니라, 뼈, 치아, 털, 피부, 깃털, 조직 일부 안에 아주 작은 조각 형태로 남을 수 있기 때문입니다. 특히 뼈의 단단한 내부나 치아 속 상아질, 영구동토층처럼 매우 차갑고 건조한 환경에서는 분해 속도가 느려지기 때문에, 털매머드, 고대 인간, 멸종 조류 같은 생물에서는 실제로 DNA가 발견됩니다. 또한 과학자들은 보통 화석이나 유해의 겉면이 아니라 내부의 오염되지 않은 부분을 사용하는데요, 예를 들어 뼈를 아주 조금 깎아 분말로 만들고, 그 안에서 DNA를 분리합니다. 이때 중요한 것은 현대 생물 DNA가 섞이지 않도록 하는 것인데요, 사람 피부세포, 박테리아, 주변 동물 DNA가 섞이면 결과가 왜곡될 수 있기 때문에, 연구실에서는 우주복처럼 보호복을 입고 무균 상태에서 작업하기도 합니다.
DNA를 꺼내는 과정은 우선 뼈나 조직을 잘게 분쇄한 뒤 화학 용액으로 세포막과 단백질을 분해합니다. 그 다음 DNA 조각만 분리 및 정제합하는데요, 이때 오래된 DNA는 대부분 잘게 부서져 있기 때문에, 긴 DNA 가닥이 아니라 수십~수백 염기 정도의 아주 짧은 조각들이 나옵니다. 연구자들은 이런 조각들을 하나하나 읽은 뒤 컴퓨터로 퍼즐처럼 이어 붙여 전체 유전정보를 추정합니다. 다만 공룡 DNA가 어려운 이유는 이유는 DNA가 시간이 지나면서 화학적으로 계속 분해되기 때문입니다. 현재 연구에서는 매우 좋은 조건에서도 DNA가 수백만 년 이상 완전하게 남기 어렵다고 보는데요, 공룡은 약 6,600만 년 전에 멸종했기 때문에, 현재까지 완전한 공룡 DNA가 발견된 적은 없습니다. 감사합니다.
몇천 년 이상 지난 사체에서 유전자를 추출할 때는 뼈나 치아의 내부 조직을 미세한 가루로 분쇄한 뒤 화학 물질로 단백질과 불순물을 녹여내고 핵심 유전 물질만 자석이나 필터로 걸러내는 방식을 사용합니다. 오랜 시간이 지난 사체는 유전자가 심하게 조각나고 훼손되어 일반적인 생체 조직에서는 유전자를 얻을 수 없기 때문에 외부 오염으로부터 유전 물질이 비교적 잘 보호되어 있는 단단한 뼈나 치아 중심부를 표적 구조로 삼아 시료를 채취합니다. 채취한 뼈 가루에 칼슘을 제거하는 용액과 단백질 분해 효소를 넣어 유전자 조직을 분리시킨 후 중합효소 연쇄반응 기술과 차세대 염기서열 분석 장비를 통해 미량의 유전자 파편을 수백만 배로 증폭하고 컴퓨터 프로그램으로 조각들을 짜 맞추어 원래의 유전 정보를 복원합니다. 다만 영화와 달리 공룡처럼 육천오백만 년 이상 오래된 화석은 유전자의 물리적 반감기 한계를 훨씬 초과하여 유전 물질이 완전히 돌처럼 광물화되었거나 완전히 분해되어 소실되었기 때문에 현재의 과학 기술로는 유전자를 추출하는 것이 불가능합니다.
안녕하세요, 색다른 콜리님. 이중철 과학기술전문가입니다.
우선, 콜리님께서 언급한 영화 <쥬라기 공원>처럼, 호박 속에 갇힌 모기에서 공룡 피를 뽑아 DNA를 복원하는 장면은 상상만으로도 가슴이 떨리는 흥미로운 이야기입니다.하지만, 안타깝게도 공룡 DNA 추출은 현대의 과학으로는 여전히 불가능하며, 앞으로도 불가능할 가능성이 높다고 판단됩니다.
대신에, 수천 년에서 수백만 년 전의 비교적 '젊은' 사체(매머드, 미라, 네안데르탈인 등)에서는 실제로 DNA를 성공적으로 추출하고 있습니다. 이를 과학계에서는 '고고유전학(Paleogenomics)'이라고 부른답니다.
그러면, 어떻게 수천 년이 지난 사체에서 DNA를 추출해 내는지, 과학적이고 논리적인 고찰을 통해 이해하기 쉽게 차근차근 짚어가며 답변 드리겠습니다.
1. [팩트 체크] 왜 공룡은 안 되고, 매머드는 될까요?
먼저, DNA는 영원히 변하지 않는 물질이 아니라, 생물이 죽는 순간부터 서서히 분해되는 화학 물질이에요.
1) DNA의 유통기한 (반감기):
과학자들의 연구에 따르면, 뼈 속에 있는 DNA는 환경이 아무리 좋아도 약 521년마다 절반씩 파괴됩니다.
이 계산대로라면 아무리 주변 환경이 완벽하게 보존되어도 약 150만 년에서 200만 년이 지나면 DNA의 모든 정보가 완전히 사라져 읽을 수 없게 된다는 사실이지요.
2) 공룡의 멸종 시기:
공룡은 지금으로부터 약 6,600만 년 전에 멸종했습니다.
DNA의 물리적인 수명을 수십 배 초과한 시간이기 때문에 공룡의 DNA는 지구상에 단 한 분자도 남아있지 않습니다.
※ 아쉽게도, 이 때문에 영화는 영화일 뿐인 이유입니다.
3) 수천~수만 년 전 생물은 가능:
반면에, 시베리아 얼음 속에서 발견되는 매머드(약 4,000년 전 멸종)나 이집트 미라(수천 년 전)는 DNA 유통기한(?) 내에 있기 때문에 추출이 가능했던 것이었어요.
실제로, 인류가 성공한 가장 오래된 DNA 추출 기록은 약 120만 년 전 매머드의 어금니에서 나온 것이거든요.
2. 고대 DNA(aDNA) 추출의 4단계 과정
과학자들이 타임머신을 탄 것처럼 과거 생물의 유전자를 복원하는 실제 과정은 다음과 같습니다.
1) 최적의 샘플 찾기: '가장 단단한 뼈를 찾아야 해요'
사체의 모든 곳에 DNA가 남아있지는 않습니다.
살점은 금방 부패하기 때문에 보통 뼈나 이빨을 이용합니다.
특히 머리뼈 내부에 있는 '측두암양부(Petrous bone)'라는 귀 근처의 매우 단단한 뼈가 최고의 타깃입니다.
이 부위는 밀도가 너무 높아서 박테리아가 침투하지 못해 고대 DNA가 가장 잘 보존되어 있습니다.
발견된 장소도 중요합니다. 시베리아 영구동토층처럼 '매우 춥고, 건조하고, 어두운' 환경일수록 DNA 분해가 느려집니다.
2) 철저한 방어벽: '현대인의 DNA 침투를 막아야 해요'
고대 DNA 연구실은 반도체 공장이나 바이러스 연구소 수준으로 엄격합니다.
오래된 뼈에 남아있는 고대 DNA는 아주 미량입니다.
만약 연구원의 땀 한 방울, 머리카락 한 올, 혹은 숨결에 섞인 현대인의 DNA가 샘플에 들어가면, 실험 결과는 고대 생물이 아니라 '연구원 본인의 DNA'로 오염되어 버립니다.
따라서, 연구원들은 우주복 같은 방진복을 입고, 공기까지 철저히 필터링 되는 클린룸에서 작업을 진행합니다.
3) 화학적 추출: '뼈를 녹이고 정확히 DNA만 낚아야 해요'
샘플을 확보하면 본격적인 화학 조작이 시작됩니다.
분쇄: 뼈나 이빨의 겉면을 깎아내 오염을 제거한 뒤, 내부를 아주 고운 가루로 땁니다.
용해: 이 가루에 칼슘을 녹이는 화학 물질(EDTA)과 단백질을 분해하는 효소를 넣어서 세포벽과 단백질을 모두 녹여버립니다.
정제(낚시): DNA는 음(-)전하를 띠는 성질이 있습니다. 이를 이용해 실리카(유리 성분)로 만든 특수 필터나 자석 성분의 나노 입자를 넣어 DNA만 착 달라붙게 만든 뒤, 나머지 찌꺼기는 씻어내고 순수한 DNA만 추출합니다.
4) 컴퓨터와 AI의 조각 맞추기: '수십억 개의 퍼즐 맞추기'
추출된 고대 DNA는 오랜 세월 동안 잘게 부서져서 뚝뚝 끊어진 상태입니다.
글자로 치면 책 한 권이 수천만 개의 단어 조각으로 찢어진 셈입니다.
이때, 차세대 염기서열 분석법(NGS)이라는 최첨단 장비를 사용해 잘게 쪼개진 DNA 조각들의 서열을 한꺼번에 읽어냅니다.
그 후, 슈퍼컴퓨터와 AI를 이용해 오늘날 살아있는 유사한 생물(예: 매머드의 경우 아시아코끼리)의 유전체 지도와 비교해가며 찢어진 조각들을 올바른 순서대로 맞추어 나갑니다.
이 과정을 통해 비로소 고대 생물의 유전 정보가 복원되게 되는 것이지요.
정리하자면,
공룡은 너무 오래전(6,600만 년 전)에 살았기 때문에 DNA가 물리적으로 생존할 수 없어 추출이 불가능합니다.
하지만 수천~수만 년 전 사체는 단단한 뼈(측두암양부) 내부에 DNA 조각이 남아있어 추출이 가능합니다.
현대의 과학은 오염이 차단된 특수 실험실에서 뼈를 갈아 화학적으로 DNA를 추출한 뒤, 슈퍼컴퓨터로 조각을 맞추는 방식으로 과거의 유전 정보를 복원하고 있답니다.
※ 질문자님을 포함하여 소중한 분들의 건강, 재산과 안전을 지키고, 혹시나 발생할 수 있을 다양한 문제 상황에 놓이지 않기 위해서라도 저를 포함하여 다양한 토픽에서 활동하는 모든 전문가분들의 아하 지식커뮤니티에서의 답변은 예외 없이 참고 용도로만 유용하게 활용하시기 바랍니다.😉
세월이 흐르면 살점은 썩지만, 뼈와 이빨은 DNA를 보호하는 금고 같은 역할을 합니다.
특히 귀 뒤쪽의 아주 단단한 뼈(추체골)나 시베리아 영구동토층의 냉동 미라에는 많은 양의 DNA 가 보관되는 경우가 많습니다.
이런 뼈에서 DNA를 추출하게 되는데 이 뻐를 고운 가루로 만들고 약품으로 녹여내면 미량의 DNA를 분리할 수 있습니다. 다만 이때 나온 DNA는 수만 조각으로 찢어진 누더기 상태에다가 양도 턱없이 부족하기에 현대 과학은 이를 해결하기 위해 PCR 기술로 DNA를 증식시키게 됩니다.
그 다음 컴퓨터를 이용해 퍼즐을 맞추듯 유전 정보를 복원하는 것입니다.
실제 이 기술 덕분에 수만 년 전 원시인이나 매머드의 유전자는 완벽하게 해독해 냈습니다.
하지만 DNA도 유통기한이 있어서, 보존 환경이 아무리 좋아도 약 680만 년이 지나면 완전히 사라집니다.
결국 수천만 년 전 살았던 공룡의 DNA를 얻어 쥬라기 공원처럼 부활시키는 것은 불가능한 것이죠.