\'아버지 없는 쥐\'의 탄생, 그리고 性의 기원과 진화 (The Paradox of Sex)
| 한일 공동 연구진에 의한 \'아버지 없는 쥐\'의 탄생에 대한 기사와 뉴스가 지난 2004년 4월 22일자 신문과 방송으로 보도되었다. 그리고 그에 관한 논문은 영국 과학잡지 네이처(Nature)에 발표되었다 (Kono et al., 2004).
수컷과의 수정을 통하지 않고서도 암컷이 자식을 생산하는 parthenogenesis(단성생식; 이 경우 어미 암컷에서 태어난 새끼는 모두 암컷이 되며 유전자도 어미 암컷과 동일하다)는 포유류를 제외한 몇몇 생물체 (식물, 어류, 개구리, 곤충, 그리고 물벼룩)에서 보여주고 있는 생식방법이다. 이번 \'아버지 없는 쥐\'의 탄생은 수컷의 정자 없이도 암컷이 새끼를 낳았다는 점에서는 parthenogenesis와 비슷하지만, 엄격한 의미에서는 parthenogenesis라고 할 수는 없다. 왜냐하면 \'아버지 없는 쥐\'의 탄생에서는 두 암컷의 난자가 필요하였지만, parthenogenesis에서는 다른 암컷의 난자는 필요하지 않기 때문이다. 특히 재미있는 사실은 물벼룩(water flea) 같은 경우에는 서식 환경이 살기에 아주 좋지 않은 상태로 변화되는 경우에 암컷이 스스로, 즉 단성생식으로, 수컷 새끼를 낳아서 그 수컷과의 유성생식 (이 경우에는 gamogenesis라고 불리운다)을 통하여 휴면상태의 알(ephippium)을 생산한다. 이ephippium은 아주 극한의 환경에서도 살아 남으며 (화석으로 보존 되기도 한다) 환경이 다시 좋아지게 되면 그 알에서 어미 암컷과는 다른 유전자를 갖는 (수컷과 유성생식을 하였기 때문) 암컷 새끼가 태어나게 된다. 필자는 여기서 \'아버지 없는 쥐\'의 탄생에 관한 이야기를 하려는 것이 아니라, 그 기사로 하여금 생각나게 하는 \'性(sex)의 기원과 진화\'에 대한 이야기를 하고자 한다. 지난 100년이 넘도록 진화를 연구하는 고생물학자와 생물학자들은 \'왜sex가 존재하는가?\'에 답하기 위해 많은 연구와 가설을 제시해 왔으며, 아직도 그 논쟁은 계속되고 있다. 이론적으로는 무성생식을 하는 생물들은 유성생식을 하는 생물들보다 훨씬 잘 환경에 적응해 나가야 한다. 예를 들면 물벼룩과 같이 parthenogenesis를 통해 생식을 하는 종들은 그렇지 않은 종들에 비해 적어도 두 배 이상 빠르게 번식할 수 있으며, 배우자인 수컷을 찾는데 시간과 노력을 낭비하지 않아도 된다. 그러나 실제로는 유성생식을 하는 생물들이 자연에는 훨씬 우세하게 많이 존재하고 있는 반면, 무성생식을 하는 생물들은 적고 또 그 계통(lineage)의 역사도 짧다. 왜 배우자를 선택하는데 많은 시간과 노력을 투자해야 하는 불편함에도 불구하고sex는 어떻게 처음 나타나게 되었으며 그 이후 어떻게 계속 유지(maintenance)할 수 있었을까(paradox of sex)? 어떻게 다른 형태를 갖는 두 개의sexes가 동물과 식물에서 발달하여 진화되어 온 것일까? 과연 이 질문들에 대한 대답은 어디에 있는 것일까(Otto and Lenormand, 2003)? 유성생식의 단점 한가지 (배우자 선택에 소모되는 시간과 노력)는 이미 앞에서 언급하였다. 그 외에도 유성생식의 속도는 무성생식보다 느리고, 특히 교접과정에서 여러 질병들이 전이될 수도 있다. 또한 유성생식이 번식을 하기 위해서 암수를 필요로 하는 한 무성생식보다 항상 두 배의 비용(cost) -시간과 노력-이 들어간다. 따라서 번식력도 무성생식보다 낮다. 또한 교배를 통한 다른 개체와의 임의적인 유전자 결합에 의해 번식을 하는 데는 상당한 위험성을 내포하고 있는 것이다. 이러한 여러 가지 유성생식의 단점과 위험성에도 불구하고, 거의 대부분의 생물들이 유성생식을 하는 이유는 무엇일까? 거기에는 이런 유성생식의 단점들을 넘어서는 유성생식만의 장점내지는 혜택이 있기 때문이다. 그것은 바로 암수 유전자의 재결합(recombination)을 통한 다양성의 증가이다. 물론 이런 유전자 재결합이 부정적으로 작용할 수도 있지만, 진화학적 측면에서는 보다 긍정적인 작용을 하게 된다. 예를 들어, 만약 무성생식 또는 단성생식을 하는 생물에게 어떤 이유로 인하여 악성돌연변이(deleterious mutation)가 일어나게 된다면, 그것을 치유할 -그 악성돌연변이를 없앨- 방법이 없기 때문에 결국 무성생식을 하는 그 생물은 멸종하게 된다. 왜냐하면 그 새끼들도 어머니와 똑 같은 악성돌연변이를 지닌 유전자를 가지고 태어나게 되기 때문이다. 이렇게 태어난 새끼들은 결국 적응을 못하고 죽어가게 되는 것이다. 또한 만약 서식환경에 변화가 생겼을 때 그 변화된 서식환경에 보다 잘 적응하여 계속 그 종을 존속시킬 수 있는 자손들을 생산해 낼 수 없다. 하지만 유성생식을 하는 생물들은 이런 문제점들을 암수 교배에 의한 유전자 재결합을 통하여 해결할 수 있다. 유전자 재결합 과정에서 악성돌연변이 유전자가 제외된 새끼들을 생산할 수도 있으며, 변화된 서식환경에 보다 잘 적응할 수 있는 유전자를 지닌 새끼들을 생산할 수도 있는 것이다. The exchange of hereditary material between different genomes or homologous chromosomes, 바로 이것이 sexual recombination의 큰 장점인 것이다. Sex의 기원(origin)과 유지(maintenance)에 대해서는 아직 논쟁 중에 있으며 몇 가지 가설이 제시되었다.
아직sex의 기원과 진화에 대해 우리가 알고 있는 바는 많지 않지만, 많은 현존하는 대부분의 생물들이 유성생식을 하는 이유는 유성생식을 통해 상대적으로 빠른 유전자 재조합을 만들어 낼 수 있으며, 그로 인한 유전자 다양성(genetic diversity)은 그 생물이 진화 발달할 수 있는 기초가 된다는 것은 의심할 여지가 없다. 모순된 이야기처럼 들릴 수도 있겠으나, 진화과정(evolutionary process)은 빠른 유전자 재조합을 통해 진화적 변화(evolutionary change)에 보조를 맞추어 나간다는 점에서는 매우 혁신적인(revolutionary) 성격을 가지고 있다고 할 수 있다. 반면, 항상 진화적 변화가 선택되어 지는 것은 아니며, 그런 경우에는 유전자 재조합에 의한 새로운 유전자의 선택보다는 기존 유전자 조합이 선호되어 진다는 점에서는 매우 보수적인(conservative) 성격도 가지고 있다. 이러한 보수적 성격의 진화는 주로 무성생식을 하는 생물에게서 나타나며, 반면 혁신적 성격의 진화는 유성생식을 하는 생물에게서 나타난다고 볼 수 있다.
Agrawal, A.F., 2001. Sexual selection and the maintenance of sexual reproduction. Nature, v.411, p.692-695. |