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▲  정자가 스크류처럼 꼬리를 돌리며 전진하는 모습. 빨간 부분은 머리. 파란 부분이 꼬리이다. 아래 검은색은 2차원적으로 꼬리의 움직임을 나타낸 것으로 이렇게 보면 마치 뱀이 사행하면서 나아가는 것처럼 보인다.
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생명 잉태를 위한 정자의 '필살기'인 '헤엄'의 비밀이 마침내 밝혀졌다. 영국 브리스톨 대학, 멕시코 국립자치대학 공동연구팀은 최근 과학저널 '사이언스 어드밴시스'에 기고한 논문에서 정자가 난자를 향해 갈 때, 꼬리를 배의 스크루처럼 돌리며 나아간다고 밝혔다. 

현미경이 등장한 이래 지금까지 적어도 300여 년 동안 전문가들을 포함한 많은 사람은 정자가 꼬리를 마치 뱀장어처럼 흔들며 헤엄친다고 생각해왔다. 그러나 이번 연구팀이 1초당 5만5000장의 사진 프레임을 담는 3차원 고속촬영 카메라 등을 동원해 분석한 바에 따르면, 정자의 꼬리는 계속 한쪽 방향으로만 돌면서 앞으로 나아간다. 

연구자 가운데 한 사람인 브리스톨 대학의 허미스 가델라 박사는 "물속의 수달이 한쪽 방향으로만 몸을 뒤집어 굴리면서 헤엄치는 것과 매우 유사하다. 꼬리지느러미를 좌우로 움직이며 앞으로 나아가는, 예를 들면 보통 물고기들과는 전적으로 다른 방식으로 정자는 헤엄을 친다"고 말했다. 이번에 연구팀이 사용한 카메라가 어느 정도 고해상도인지는 흔히 사용하는 스마트폰 카메라의 동영상 초당 프레임이 수십 컷 정도에 불과하다는 점을 감안하면, 어렵지 않게 짐작해 볼 수 있다. 

정자 '헤엄 능력', 불임 원인될 수도
 

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▲  정자가 자신보다 훨씬 큰 난자와 막 결합을 하려는 장면. 지금까지는 정자 꼬리가 마치 뱀처럼 좌우로 움직이며 전진하는 것으로 알려졌지만, 최근 3차원 정밀 현미경을 이용한 관찰 결과, 나사못이나 스크류처럼 돌면서 난자를 향해 헤엄쳐 나가는 것으로 나타났다.
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네덜란드의 과학자이자 현미경 제작자였던 레벤후크는 1677년 정자의 존재를 세상에 처음으로 확인시켰는데, 그는 정자가 머리와 꼬리로 돼 있으며 "꼬리를 뱀처럼, 물속의 뱀장어처럼 움직이며 헤엄친다"고 밝힌 바 있다. 정자는 지금도 단순한 현미경으로 보면, 즉 3차원이 아니라 2차원적으로 관찰하면 뱀처럼 움직이는 것처럼 보인다.  

수학적으로 정자의 움직임은 "비대칭에서 대칭과 같은 효과를 창출하는 것"이라고 연구팀은 밝혔다. 한쪽 방향으로만 움직이지만, 즉 비대칭이지만, 동선 전체를 보면 똑바로 앞으로 나아감으로써 대칭과 같은 결과를 얻는다는 것이다. 

정자의 스크루 헤엄 방식은 총열을 빠져나온 총알이 회전하며 나아가는 것이나, 나사못이 건축구조물을 파고들 때와 아주 흡사하다. 이번 연구자들은 왜 정자가 이 같은 방식으로 헤엄치는지에 대해서는 언급하지 않았다. 다만 난자를 뚫고 들어가는 힘이 꼬리를 좌우로 흔들며 나아갈 때보다는 스크루 방식 헤엄치는 게 더 강력할 것으로 추정할 수 있다.

사람 불임의 절반 이상은 정자 이상에서 비롯되는 것으로 알려졌다. 정자가 아예 만들어지지 않아서 불임이 될 수도 있지만, 정자가 생성되더라도 '헤엄' 능력이 시원찮으면 불임이란 결과를 낳을 수 있다. 이에 따라, 이번 연구 결과는 불임 원인 규명에도 적지 않은 도움이 될 것으로 전망된다.