문어들은 60×20×25 cm 크기의 수조 바닥에 8 mm 직경의 구멍 세 개가 뚫린 검은색 불투명 아크릴 칸막이를 통해 상호작용했다. 각 실험이 시작될 때, 문어들은 헤엄쳐 와서 벽을 통해 팔을 뻗어 탐색 단계를 개시했다. 짝짓기는 수컷이 자신의 헥토코틸루스(hectocotylus)를 다른 문어의 외투강(mantle) 안으로 삽입한 기간으로 정의되었다. 출처=논문

수컷 문어가 특화된 팔을 사용하여 어둠 속에서도 암컷의 생식 기관을 찾아 정자를 전달하는 메커니즘을 밝혀낸 연구 결과가 나왔다.

논문 제목은 문어 짝짓기를 위한 감각 시스템(A sensory system for mating in octopus)이며 주요 저자는 파블로 비야(Pablo S. Villar 제1저자), 니컬러스 벨레노(Nicholas W. Bellono 교신저자) 등이다.

논문은 2025년 10월 28일에 bioRxiv에 발표됐다.

논문에 의하면 문어의 짝짓기는 보통 팔 길이만큼 떨어진 상태에서 일어난다. 수컷은 헥토코틸루스(Hectocotylus)라는 특화된 팔을 사용하여 암컷의 외투강(mantle cavity)에 접근하고, 어둠 속에서 정자 뭉치(sperm package)를 전달하기 위해 생식 통로를 찾아야 한다.

수컷이 어떻게 보지 않고 이 탐색을 수행하는지에 대한 미스터리가 풀렸다. 수컷 팔의 작은 빨판에는 수많은 화학 수용체(chemical receptors)가 있으며, 이 수용체들이 주요 암컷 성호르몬 중 하나인 프로게스테론(progesterone)을 감지한다는 사실이 발견되었다.

연구는 실험실에서 칸막이로 분리된 캘리포니아 두 점 문어 한 쌍이 짝짓기하는 것을 관찰하면서 시작되었다. 수컷은 암컷을 볼 수 없었음에도 불구하고 구멍을 통해 헥토코틸루스를 뻗어 암컷의 난관(oviduct)으로 이어지는 통로를 찾아 정자를 전달했다.

연구원들은 헥토코틸루스 세포를 분석한 결과, 이 특화된 팔이 일반 팔보다 화학-촉각 수용체(chemotactile receptors)와 뉴런이 최대 3배 더 많다는 것을 발견했다. 연구를 이끈 신경생물학자는 이를 일종의 슈퍼 팔(super arm)이라고 칭했다.

이 발견은 암컷 문어가 프로게스테론 수준을 통해 수컷의 정자 전달 성공 여부에 은밀하게 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 제기하며, 이는 모든 동물의 성 선택 이론(sexual selection theory)에 있어 중요한 질문이 될 수 있다.

시각적 정보 없이도 짝짓기

이 실험은 시각적 접촉 없이 화학적 또는 촉각적 감각만으로 문어가 짝짓기 파트너를 식별하고 짝짓기 행위를 하는지 확인하기 위해 설계된 것이다.

문어들은 불투명한 벽으로 분리되어 서로를 볼 수 없었으며, 벽 하단의 작은 구멍(8mm)을 통해서만 팔을 뻗어 상호작용할 수 있었다.

암수 쌍에서는 짝짓기가 발생했지만, 수컷-수컷 쌍에서는 짝짓기가 발생하지 않았다. 이는 수컷 문어가 시각적인 정보 없이도 상대방의 성별을 정확하게 식별하고 적절한 짝짓기 행동을 개시할 수 있음을 통계적으로(p= 0.003) 입증했다.

성 선택 이론

성 선택 이론(Sexual Selection Theory)은 진화 생물학자 찰스 다윈(Charles Darwin)이 처음 제안한 개념으로, 짝짓기 기회를 얻기 위한 경쟁과 짝 선택을 통해 발생하는 진화의 한 형태다. 이는 생존을 위한 자연 선택(Natural Selection)과는 구별되는, 번식 성공을 위한 특별한 선택압을 설명한다.

성 선택은 크게 두 가지 방식으로 작동하며, 종종 암컷과 수컷의 서로 다른 행동 패턴으로 나타난다.

동성 간 경쟁 (Intrasexual Selection)은 주로 같은 성별(대부분 수컷) 개체들 간의 직접적인 경쟁을 통해 짝짓기 접근권을 얻는 방식이다. 이 경쟁은 신체적 능력이나 무기(뿔, 엄니 등)를 발달시킨다. 사슴 수컷들이 뿔로 싸우는 것, 코끼리바다표범 수컷들이 영역을 차지하기 위해 다투는 것 등이 대표적 사례다.

이성 간 선택 (Intersexual Selection)은 주로 한쪽 성별(대부분 암컷)이 특정 형질을 가진 짝(대부분 수컷)을 선택하는 방식이다. 이는 매력적이거나 화려한 과시 형질을 발달시킨다. 공작 수컷의 화려한 꼬리 깃털, 새 수컷의 복잡한 구애 춤이나 노래 등에서 볼 수 있다.

성 선택의 근본적인 동인은 일반적으로 투자 비대칭성(Asymmetry in Parental Investment)에 있다.

암컷은 알이나 새끼를 낳고 기르는 데 더 많은 에너지와 시간을 투자한다. 이 때문에 암컷은 짝을 까다롭게 선택하여 유전적으로 우수하거나 자원을 제공할 수 있는 수컷을 선호한다.

수컷의 정자는 작고 생산 비용이 상대적으로 낮다. 이 때문에 수컷은 가능한 한 많은 짝과 번식하려 하며, 암컷을 두고 경쟁한다.

이러한 비대칭성으로 인해, 수컷에게는 경쟁을 통한 과시적 형질이, 암컷에게는 선택을 통한 신중함이 진화하게 되는 것이다.

최근에는 성 선택 이론이 단지 수컷의 화려함이나 경쟁만이 아니라, 제시된 문어 연구처럼*암컷이 정자의 전달이나 수정을 통제(Cryptic Female Choice, 숨겨진 암컷 선택)하는 방식 등 생식 과정의 미묘한 단계에서 발생하는 복잡한 상호작용까지 포괄하는 개념으로 확장되고 있다.

윤구현기자