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®Lectures for
Campbell Essential Biology with Physiology, Third Edition – Eric Simon, Jane Reece, and Jean Dickey
Chapter 14
생물다양성은 어떻게 진화하나
우리와 함께하는 생물학:
여섯 번째 대량멸종
• 지난 6억년 동안 화석기록은 살아 있던 생물종의 50~90%
정도가 갑자기 죽어 멸종된 그러한 기간이 5번이나 있었음을 보여주고 있음
• 지난 400년 이상에 걸쳐 현재의 멸종율은 우리가 여섯
번째의 대량멸종기에 살고 있으며, 이에 대한 원인이 되고 있음을 가리키고 있음 [그림 14.0]
• 대량멸종은
– 새롭고 다양한 종의 진화를 위한 길을 마련하는데 – 지구가 회복하는 데는 수백만 년이 걸린다
그림 14.0 멸종위기종
르완다에서 찍은 이들 산고릴라는 멸종위기에 있는 많은 종 가운데 하나이다.
대진화와 생명의 다양성
• 대진화는
– 통상 화석기록으로 증명될 수 있는 생물학적 변화를 포함하며 – 신종의 형성을 포함한다
• 종분화는
– 대진화의 초점이며
– 두 비교 패턴을 바탕으로 일어날 수 있다
• 비분지 진화에서 [그림 14.1]
– 개체군은 변형되나
– 신종을 만들지는 않는다
갈라파고스섬 개관(Video: Galápagos Islands Overview)
(종분화가 일어남)분지진화 비분지진화
(새로운 종이 안 생김)
진화의 패턴 그림 14.1 진화의 두 패턴
• 분지 진화에서
• 하나 또는 그 이상의 신종이 부모종으로부터 분지되는데
– 많이 동일한 형태로 계속 존재할 수도 있고 – 상당히 변화될 수도 있다
14.1 종이란 무엇인가?
• 생물학적 종개념(biological species concept)은
– “자연상태에서 서로 교배 가능하여 생식가능한 자손을 만들 수 있는 한 무리의 개체군”을 종으로 정의한다
• 생물학적 종개념을 모든 경우에 적용 가능할 수 있는 것은 아닌데, 예를 들면
– 화석이나
– 무성적으로 생식하는 생물의 경우가 그러하다
종의 기원
• 종은
– “종류” 또는
– “모습” 이라는 뜻을 지닌 라틴어에서 유래되었다
한 종 내에서 다양성 다른 종 사이의 유사성
생물학적 종개념은 물리적인 유사성보다 생식적 화합성에 바탕을 두고 있다.
14.2 종 사이의 생식적 장벽
• 생식적 장벽(reproductive barrier)은 근연종 개체가 교배하는 것을 막는 어떤 것을 말하는데, 여러 종류의 생식적 장벽이 있음
• 수정전 장벽(prezygotic barrier)은 종 사이의 짝짓기나 수정을 못하게 막는 것을 말함 [그림 14.2]
• 수정전 장벽에는
– 시간적 격리, 서식지 격리, 행동적 격리, 기계적 격리, 배우자 격리를 포함하고 있다
청색발 부비의 구애의식(Video: Blue-footed Boobies Courtship Ritual) 알바트로스의 구애의식(Video: Albatross Courtship Ritual)
기린의 구애의식(Video: Giraffe Courtship Ritual)
생존과 생식이 가능한 자손
잡종약세 수정(접합자 형성)
다른 종의 개체들
교배 시도
잡종불임 잡종치사 시간적 격리 서식지 격리 행동적 격리
기계적 격리 배우자 격리
수정전 장벽
수정후 장벽
그림 14.3 근연종 간의 생식적 장벽
시간적 격리 서식지 격리 수정전 장벽
기계적 격리 배우자 격리 행동적 격리
그림 14.2 수정전 장벽
• 수정후 장벽(postzygotic barrier)은 [그림 14.3]
– 종간 짝짓기가 실제로 일어나고
– 잡종접합자가 만들어질 때 작용한다
• 수정후 장벽에는
– 잡종치사 – 잡종불임
– 잡종약세가 포함되어 있다
잡종불임 잡종약세 잡종치사
수정후 장벽
당나귀
노새 말
그림 14.3 수정후 장벽
• 종은 [그림 14.4]
– 지리적 격리 때문에 일어나는 이지역성 종분화(allopatric speciation)와
– 지리적 격리 없이 일어나는 동지역성
종분화(sympatricspeciation)에 의해 만들어질 수 있다
14.3 종분화의 메커니즘
• 많은 종의 기원에서 중요한 사건은 한 개체군이 이리저리
해서 부모종의 개체군에서 분리되어 떨어져 나올 때 일어남
이지역성 종분화 동지역성 종분화 그림 14.4 종분화의 두 가지 양식
해리스영양다람쥐 흰꼬리영양다람쥐
그랜드캐니언 계곡 양쪽에 사는 다람쥐의 이지역성 종분화
그랜드캐니언(Video: Grand Canyon)
이지역성 종분화
• 지질학적 과정은
– 한 개체군을 둘 이상의 격리된 개체군으로 분할할 수 있으며 – 이지역성 종분화에 기여할 수 있다
• 종분화는 격리된 개체군과 그 부모 개체군 사이의 생식적 장벽의 진화로만 일어날 수 있음
화산분화(Video: Volcanic Eruption) 흘러내리는 용암(Video: Lava Flow)
지리적 장벽
개체군들이 상호교배한다
시간 개체군이이지역화된다
개체군이동지역화된다
개체군들이 상호교배를 할 수 없다
생식적 격리:
종분화가 일어남
유전자 풀이 합쳐진다:
종분화가 안 일어남 지리적 격리 동안 종분화가 일어나는가?
동지역성 종분화
• 동지역성 종분화는
– 새로운 종과 오래된 종이 같은 시기와 같은 장소에 살고 있더라도 – 유전적 변화가 새로운 종과 오래된 종 사이에 생식적 장벽을
만들게 되면 일어나게 된다
• 배수체는
– 세포분열 과정에서 사고로 인해 생겨날 수 있으며 – 두 부모종의 잡종으로 생겨날 수 있다
• 많은 재배작물이 동지역성 종분화의 결과로 생긴 것인데, 여기에는
– 귀리, 감자, 바나나, 땅콩, 사과, 커피, 밀 등이 있다
14.4 종분화의 속도는 ?
• 진화의 속도에 대해 비교되는 두 유형이 있는데, 이들은 [그림 14.5]
– 큰 변화(종분화)가 많은 작은 변화에 의해 일어난다는 점진모델(gradual model)과
– 거의 변화가 없는 긴 기간, 즉 평형 상태가 갑작스런 종분화의 사건에 의해 중단되는 단속평형모델(punctuated equilibrium model)이다
단속모델
점진모델
시간
그림 14.5 진화의 속도에 대한 두 모델
14.5 새로운 기능에 대한 구형구조의 적응
• 조류는
– 땅에 살던 파충류의 한 계통에서 유래하는데
– 날지 못하는 조상종으로부터 하늘을 날아다닐 수 있는 동물로 진화하였다
• 굴절적응은
– 하나의 배경에서 진화한 구조가 다른 기능에 적응하게 된 것을 말하며
– 진화적 개조의 한 유형이다
• 굴절적응은 점진적인 신형 구조의 진화를 설명할 수 있게 해 줌
생물학적 신형의 진화
• 생물학적 신형의 진화를 어떻게 설명할 수 있을까?
날개 발톱
(파충류와 유사) 이빨(파충류와 유사)
많은 척추를 갖는 긴꼬리 (파충류와 유사) 깃털
화석 그림으로 재구성
멸종된 새
• 새의 날개는 이전에 비행이 아닌 다른 기능에 적응하였던 앞발이 변형된 것인데, 이들 다른 기능이라 함은
– 온도조절 – 구애의 표현
– 위장 등을 말한다
• 최초의 비행은 먹이를 구하거나 포식자로부터 도망을 가기
위한 활주나 넓은 뜀뛰기 정도의 수준이었을 수 있음
14.6 이보드보: 발생과 진화적 신형
• 종의 발생계획에서의 미묘한 변화가 심대한 영향을 줄 수 있는데, 그 변화는 발생에서의
– 속도와 – 시기와
– 공간적 패턴이 변화되는 것을 말한다
• 이보드보(evo-devo), 즉 진화발생생물학은 다세포생물에서
발생과정의 진화에 대해 연구하는 분야임
• 유형진화(paedomorphosis)는
– 이것은 조상종에서는 오직 유아기에만 있었던 특성이 지금은 성체에서도 그대로 유지되는 것을 말하는 것인데
– 악솔로틀 도롱뇽 [그림 14.6] 과 사람 [그림14.7] 의 진화에서 일어난다
• 호메오 유전자는
– 구조가 언제 발생될 지 – 구조가 어떻게 발생될 지
– 구조가 어디서 발생될 지를 조절하는 총괄조절 유전자이다
• 호메오 유전자에 일어난 돌연변이는 체형에 심대한 영향을 주게 됨
상대성장(Animation: Allometric Growth)
아가미 그림 14.6 유형진화
침팬지 태아 어른 침팬지
성인(유형적 특성) 인간 태아
그림 14.7 인간과 침팬지의 두개골 발달의 비교
