바다의 최상위 포식자인 상어는 평생 동안 수만 개의 이빨을 갈아치웁니다. 앞줄의 이빨이 사냥 도중 부러지거나 빠지면, 마치 컨베이어 벨트처럼 턱 안쪽에서 대기하던 다음 줄의 날카로운 새 이빨이 며칠 만에 앞으로 전진하여 빈자리를 메웁니다. 반면 만물의 영장이라 자부하는 인간은 어린 시절 유치(20개)가 빠지고 영구치(32개)가 한 번 돋아나고 나면, 평생 단 한 번도 새로운 자연 치아를 얻지 못합니다. 충치나 노화로 영구치를 잃으면 비싼 인공 임플란트에 의존해야만 합니다.
상어는 치판이라는 조직을 통해 새 치아를 계속 만들어 교체할 수 있습니다. 인간은 보통 유치와 영구치 두 세대의 치열을 형성하고, 이후 같은 방식의 반복 교체가 이어지지 않습니다. 관련 조직의 퇴화가 중요하지만, 치아 생성에 관여한 세포가 성인에게 하나도 남지 않는다는 뜻은 아닙니다.
| 진화 및 발생 항목 | 상어 (연골어류 모델) | 인간 (고등 포유류 모델) |
|---|---|---|
| 치아 교체 양식 | 다생치성 (Polyphyodonty, 평생 무한 교체) | 이생치성 (Diphyodonty, 유치 → 영구치 2회) |
| 평생 사용하는 치아 수 | 약 20,000 ~ 30,000개 이상 | 유치 20개 + 영구치 32개 (최대 52개) |
| 치판(Dental Lamina) 상태 | SOX2+ 줄기세포 군집이 평생 활성 유지 | 영구치 싹 형성 후 세포사멸로 분해·퇴화 |
| 턱 및 교합 구조 | 교합 없음 (먹이를 찢고 통째로 삼키는 구조) | 돌기와 골이 맞물리는 정밀한 저작 교합 (Occlusion) |
| 치아 고정 방식 | 잇몸 섬유질 결합조직에 유연하게 부착 | 치조골 턱뼈 속 깊이 치주인대로 단단히 박힘(고마개성) |
| 생태적 트레이드오프 | 치아 파손 시 지속 공급으로 대응 | 교체 포기 대신 고효율 영양 분쇄 및 뇌 진화 획득 |
상어의 무한 톱니: SOX2 줄기세포를 품은 영구 치판
상어의 턱을 들여다보면 기능 중인 바깥쪽 이빨 뒤로 5~15줄의 예비 이빨들이 겹겹이 누워 있는 장관을 볼 수 있습니다. 이것은 이미 완성된 뼈를 보관해 둔 창고가 아니라, 턱 안쪽 상피 조직인 치판(Dental Lamina)에서 지금 이 순간에도 새로운 치아를 끊임없이 주조하고 있는 활발한 발생 공장입니다.
2016년 영국 셰필드 대학교 가레스 프레이저(Gareth Fraser) 교수 연구팀이 학술지 《이라이프(eLife)》에 발표한 연구에 따르면, 상어 치판의 기저부에는 줄기세포의 만능성을 유지하는 핵심 전사 인자인 'SOX2 양성 전구세포(SOX2+ Progenitor Cells)' 군집이 평생 동안 고갈되지 않고 유지됩니다.
상어의 이빨은 턱뼈에 깊은 뿌리를 내리지 않고 연골 막 위에 섬유성 인대로 느슨하게 붙어 있습니다. 바다거북의 단단한 등딱지나 물개의 뼈를 물어뜯다 이빨이 부러지면, 뒤쪽 잇몸 상피가 바깥쪽으로 미끄러져 이동하면서 예비 이빨을 똑바로 세웁니다. 뱀상어는 단 8~10일 만에 한 줄 전체를 교체할 정도로 치아 발생 사이클이 빠릅니다. 상어에게 이빨이란 아껴 써야 할 신체 장기가 아니라, 끊임없이 쓰고 버리는 '일회용 소모품 뗏목'에 불과합니다.
인간의 계승치판: 영구치를 낳고 자폭하는 공장
인간 배아 역시 임신 6주 차가 되면 입안 상피가 두꺼워지며 상어와 똑같은 치판(Dental Lamina)을 형성합니다. 이 치판에서 먼저 20개의 유치 싹이 자라납니다. 그리고 유치 싹의 안쪽에서 가지를 치듯 자라난 계승치판(Successional Dental Lamina)이 성인용 영구치의 싹(앞니, 송곳니, 작은어금니)을 만들어냅니다.
그러나 영구치 싹이 완성되고 나면 인간의 치판은 상어와 전혀 다른 길을 걷습니다. 치판 세포들이 연결 고리를 끊고 스스로 사멸하며 조각조각 흩어져 버립니다. 이를 치과학에서 '치판의 퇴화 및 붕괴'라 부릅니다. 세 번째 치아(제3치열)를 만들어낼 씨앗 공장 자체가 유전적 프로그램에 의해 완전히 해체되어 버리는 것입니다.
여기서 흥미로운 예외는 어금니(대구치)입니다. 만 6세 무렵 맹출하는 제1대구치와 사랑니를 포함한 큰어금니들은 앞선 유치를 밀어내고 나오는 교체 치아가 아닙니다. 유치열 뒤쪽으로 턱뼈가 길어지면서 치판이 후방으로 확장되어 새롭게 추가되는 치아들입니다. 따라서 인간의 치아 발생은 단순히 '두 번 난다'기보다는, 턱의 성장에 맞춰 정해진 치판 프로그램이 순차적으로 실행된 뒤 영구히 전원을 끄는 유한한 시스템입니다.
진화의 대가: 무한 교체를 버리고 정밀 교합을 얻다
왜 교체 횟수가 다른지에는 발달 과정과 진화의 역사가 함께 얽혀 있습니다. 포유류의 정밀한 맞물림과 제한된 치아 교체 사이의 관계는 유용한 설명이지만, 인간이 편리한 재생 능력을 의도적으로 버렸다는 식의 목적론으로 읽어서는 안 됩니다.
파충류나 어류는 음식을 씹지 못하고 날카로운 이빨로 찢어 그대로 꿀꺽 삼킵니다. 이빨의 크기나 높이가 제각각이어도 사냥에 아무런 지장이 없습니다. 그러나 항온동물(체온을 일정하게 유지하는 동물)로 진화한 초기 포유류는 막대한 에너지를 얻기 위해 음식물을 입안에서 잘게 부수고 으깨어 소화 효율을 극대화해야 했습니다.
포유류의 어금니 표면에는 정교한 돌기(Cusp)와 골(Fossa)이 조각되어 있어, 위아래 치아가 1밀리미터의 오차도 없이 맞물려 맷돌처럼 곡물과 섬유질을 갈아냅니다. 만약 인간의 입안에서 상어처럼 수시로 새로운 이빨이 불쑥 솟아오르고 흔들려 빠진다면 어떻게 될까요? 위아래 톱니의 정밀한 교합은 완전히 박살 나며 음식을 제대로 씹을 수 없게 되고, 턱관절 장애와 극심한 통증으로 굶어 죽고 말 것입니다.
포유류는 턱뼈가 완전히 자라 성숙할 때까지 유년기용 작은 치열(유치)로 버티다가, 성인 턱 크기에 맞춘 단단하고 거대한 영구치를 단 한 번 완벽한 위치에 영구 고정시키는 진화적 타협(Trade-off)을 선택했습니다. 평생 교체의 편리함을 포기하는 대신, 고효율 영양 흡수를 통해 거대한 뇌를 부양할 수 있는 저작 능력을 손에 넣은 것입니다.
잠든 치판의 흔적: 현대 의학의 제3치아 재생 연구
성인의 턱에도 치아 발달과 관련된 상피 잔존물이 있습니다. 치판에서 유래한 잔존물과 치근 형성에 관여한 상피에서 유래하는 말라세즈 상피 잔사는 구분해야 합니다. 잔존 세포가 있다는 것만으로 새 치아가 저절로 만들어지는 것도 아닙니다.
USAG-1을 억제하는 항체를 이용한 치아 재생 연구에서는 동물 실험 결과와 임상 개발이 보고됐습니다. 이는 흥미로운 가능성이지만, 일반 성인의 빠진 영구치가 약 한 번으로 확실히 다시 자란다는 뜻은 아닙니다. 적용 대상과 사람에서의 안전성·효과는 임상 검증이 필요한 문제입니다.
상어의 무한한 이빨이 거친 바다에서 살아남기 위한 원초적인 재생의 상징이라면, 인간의 두 세대 치아는 정밀한 저작과 소화 효율을 완성하기 위해 빚어낸 고도의 진화적 걸작입니다. 치아를 영구히 갈아끼우지 못하는 우리의 한계는 퇴화가 아니라, 온몸의 에너지를 뇌와 대사로 집중시켜 인류 문명을 꽃피우게 한 가장 위대한 생물학적 트레이드오프의 유산입니다.
자료 근거
- 기타노 병원, Investigator-led clinical trials begin for tooth regeneration treatment (2024) — USAG-1 항체의 전임상 결과와 임상 개발 배경.
- Takahashi (2024), Development of a new antibody drug to treat congenital tooth agenesis — 선천성 치아 결손을 겨냥한 개발 연구. 일반적인 치아 상실의 보편적 치료와는 구분.