인간 정자의 ‘직진 운동’ 비밀, 300년 만에 풀렸다

머리 회전으로 꼬리의 ‘와류 추진력’ 보완
‘네이처 어드밴시스’ 논문, “헤엄치기완 거리 멀어”

일반인에겐 ‘레벤후크’로 더 많이 알려진 네덜란드의 박물학자 안톤 판 레이우엔훅(1632~1723)이 인간의 정자 운동을 현미경으로 처음 관찰한 건 300여 년 전이다.

당시 그는 ‘뱀이 기어가듯이 꼬리를 흔들어 물속의 장어처럼 헤엄친다’라고 정자의 움직임을 묘사했다.

자신이 발명한 초기 현미경으로 2차원 이미지를 관찰한 레벤호프로서는 그렇게 볼 수밖에 없었을 것이다.

최초의 관찰자인 레벤후크가 그렇게 말했기 때문인지는 몰라도 일반인은 지금도 난자를 향해 전력으로 헤엄치는 정자의 이미지에 익숙하다.

그런데 역사의 한 장면처럼 전해진 레벤후크의 정자 관찰 결과가, 사실은 2차원 현미경이 유발한 ‘착시(optical illusion)’ 현상인 것으로 밝혀졌다.

실제로 정자는 수영(swimming)이 아니라 회전(spinning)에 가까운 움직임으로 추진력을 확보했다.

알려진 것과 달리 정자의 꼬리는 한쪽으로만 흔들려 똑바로 가는 추진력을 만들지 못했다.

이렇게 소용돌이처럼 불안정한 동력을 직진이 가능한 전방 추진력으로 변환하는 게 바로 머리 부분의 절묘한 회전 운동이었다.

이 연구를 수행한 영국 브리스톨 대학과 멕시코 국립 자치 대학 과학자들은 1일 저널 ‘사이언스 어드밴시스’(Science Advances)에 관련 논문을 발표했다.

사상 초유의 3차원 정자 운동 관찰에는, 초당 5만5천 프레임 이상 촬영하는 초고속 카메라와 압전 기기를 탑재해 빠른 배율 조작이 가능한 현미경 스테이지 등이 총동원됐다.

3차원 영상으로 보니 정자의 꼬리는 한쪽으로만 불안정하게 흔들렸다. 그대로 두면 정자가 제자리를 맴돌 수밖에 없는 꼴이었다.

이 우스꽝스러운 꼬리 흔들기 결과를, 머리 부분의 고도로 동기화된 회전 운동이 전방 추진력으로 바꿨다.

언뜻 보면 장난치는 수달과 비슷하지만, 정자의 회전 운동엔 복잡한 운동 역학이 내재해 있었다.

예컨대 꼬리가 흔들리는 순간에 정확히 타이밍을 맞춰 머리가 회전해야 원하는 방향으로 이동이 가능하다.

물리학에선 이런 걸 ‘세차(歲差) 운동’이라고 하는데 지구와 화성이 태양 주위를 돌 때도 세차 운동이 관찰된다.

연구팀은 정자의 이런 진화 적응을, 불균형을 탈피해 균형을 창출한 ‘천재적인 수학 퍼즐 풀기’에 비유했다.

이 발견엔 엄청난 잠재적 가치가 있다고 연구팀은 자평한다.

단순히 과학적 오류를 수정하는 걸 뛰어넘어, 인간의 생식 과정과 불임 치료 등 연구에 지각 변동을 가져올 거라는 얘기다. 실제로 불임의 과반은 남성 쪽에 원인이 있다.

멕시코 자치 대의 알베르토 다르손 박사는 “정자가 가진 놀라운 능력에 눈을 뜨게 했고, 정자 운동이 자연 수정에 미치는 영향을 이해하는 데 혁명을 가져왔다”고 말했다.

<연합뉴스>