Evolution of \'Evolutionary Theory\'
| 올해 2009년은 진화론을 제안한 다윈 (1809 ~ 1882)이 탄생한지 200주년이 되는 해이다. “종의 기원”이 출간된 1859년 이후 200주년이 되는 2059년이 좀 더 뜻 깊은 해일 것이긴 하지만, 다윈의 진화론이 과학 전반에 끼친 커다란 영향을 생각한다면 다윈 탄생 200주년도 기념할 만한 해일 것이다. “종의 기원”이 출간된 지 150년이 지난 지금도 많은 과학자들 사이에 진화론은 끊임없는 논쟁의 대상이 되어왔다. 진화를 일으키는 원동력은 무엇인가? 진화가 계속되어 왔다면 얼마나 오랜 시간에 걸쳐 일어났으며 어떤 양상으로 일어났을까? 왜 어떤 동물은 많은 진화 양상을 보이는 반면, 다른 동물들은 거의 진화를 보이지 않는 것일까? 이러한 질문에 대한 해답을 찾고자 아직도 많은 과학자들이 연구를 하고 있다. 현대의 새로운 연구 방법과 진보된 기술을 이용하여 알아낸 “진화론”에 대한 새로운 사실들은 무엇인지 최근에 발표된 논문들을 통해 알아보는 것도 재미있고 의미있는 일이라 생각된다. ‘진화’란 무엇인가? 간단히 정의하자면 ‘Changes through Time’, 즉 ‘시간의 지남에 따른 변화’가 진화이다. 다윈이 저술한 “종의 기원”은 “Origin of Species”로 널리 알려져 있으나, 실은 그 책은 “On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life”라는 긴 제목으로 출간되었다. 이 긴 제목에서 쉽게 다윈이 말하고자 하는 진화란 무엇인지를 알 수 있다. 생존 경쟁에서 살아 남은 우수한 종이 자연선택에 의해 선택되어 그 종족이 계속 진화, 보전된다는 것이다. 여기에 멘델의 유전법칙이 더해짐으로 해서 점차 진화론으로 발전되었고, 금세기에 들어 유전학에 대한 방대한 지식과 진보된 기술로 인하여 좀더 많은 사실들이 알려지고 있다. 다윈의 진화론에서 자연선택은 생물의 진화에 꼭 필요한 과정 중 하나이다. 즉 그 환경에 가장 잘 적응한 개체 (Survival of the Fittest)만이 자연적으로 선택되어 살아 남게 된다. 선택되어 진다는 의미는 그 종족내에 변이 (variation)가 있다는 것을 의미한다. 즉 어떤 개체는 살아남기에 우수한 능력을 가진 반면, 다른 개체는 그렇지 못하기 때문에 우수 개체가 선택되어 살아남게 된다. 이러한 변이는 유전자 변이에 의한 것으로, 유전자 변이는 돌연변이 (mutation)와 유성생식에 의해 일어나게 된다. 같은 부모밑에 형제 자매들이 모두 똑같은 능력을 가지고 있는 것은 아니며, 보통은 해로운 돌연변이 (harmful mutation)로 생겨난 개체보다 이로운 돌연변이 (beneficial mutation) 유전자를 가진 개체가 자연선택되기 마련이다. 그렇다면 자연선택에 의해 선택된 개체는 항상 최우수한 개체 (the best organism)일까? 최근 Cowperthwaite et al. (2008)은 돌연변이와 자연선택에 의한 RNA molecules의 진화 양상을 보여주는 컴퓨터 모델링 실험을 하였다. 그 결과 많은 다른 돌연변이의 조합으로 형성된 특성 (traits)들은 쉽게 진화하는 반면, 도저히 일어날 수 없을 것 같은 유전자 조합을 보이는 특성들은 진화하기 어렵다는 것을 발견하였다. 다시 말하면 어떤 특성 (easy traits)들이 가장 최상은 아닐지라도 쉽게 진화할 수 있는 것들이기 때문에 선택되어 진화가 일어날 수도 있다는 것이다. 아마도 가장 적은 비용 (cost)을 들여서도 진화할 수 있는 성질 때문일 것이다. 전통적인 다윈의 진화론에 의하면 beneficial and adaptive mutation이 자연선택되어 진화가 일어나는 것으로 알려져 있다. 특히 인간의 어떤 유전자는 다른 유전자에 비해 아주 빠른 진화를 보이는데, 이러한 인간 유전자들은 아주 강한 positive selection에 의해 진화되어 인간이라는 유일 종을 형성하는 역할을 한 것으로 알려져왔다. 그러나 Berglund et al. (2009)의 최근 연구 결과에 의하면, human-specific characters를 형성하게 한 유전자의 변화는 beneficial mutation이 선택, 고정 (fixation)된 것이 아니라, harmful mutation이 선택, 고정된 결과인 것일 수도 있다는 것이 밝혀졌다. 종들이 살아남기 위해 선택된 특성들은 진화를 거듭한다. 그렇다면 선택되지 못한 특성들은 어떻게 되는 것일까? 예전에는 생존을 위해 중요한 역할을 하던 특성들이 환경변화에 의해 더이상 필요가 없게 되었을 때 그 특성들에게는 어떤 변화가 일어날까? 자연적으로 사용되지 않기 때문에 퇴화되어 갈 것이다. 예를 들면 물고기가 빛이 없는 동굴속에 살게 되면 점차 시력을 잃어가게 될 것이다. 이렇듯 중요했던 특성들에 작용되던 자연선택의 힘이 환경변화에 의해 그 중요성이 감소되면서 선택의 힘도 감소되는 현상을 이완선택 (relaxed selection)이라고 한다 (Lahti et al., 2009). 어떻게 진화가 일어났는지에 대해서는 지금까지 많은 연구가 이루어졌지만, 이완선택에 의한 특성들의 퇴화는 어떻게 진행되는 가에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. Lahti et al. (2009)은 왜 어떤 특성들은 빨리 퇴화되고, 왜 어떤 특성들은 더 많은 시간이 걸려 퇴화되는지 연구를 하였다. 그 결과, 빨리 퇴화되는 이유는 그 특성을 유지하는데 비용과 노력이 많이 들기 때문이라는 것을 밝혀내었다. 복잡한 구조인 눈의 진화가 아주 적은 수의 유전자 (hox gene) 변화로 가능했듯이, 빠른 퇴화도 아주 간단한 유전자 변화로 가능하다는 것이다. 또한 저자들은 야생 동식물의 이완선택에 의한 특성의 퇴화 연구를 통해 현 인류의 의학, 농업, 그리고 사회적 문제를 이해하고, 더 나아가 그 문제들을 해결할 수 있을 것으로 기대하고 있다. References
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