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3강. 생물의 진화
이 강의안은 『핵심생명과학』(2013. 바이오사이언스) 자료를 토대로 제작되었습니다.
생명과 성
생물 진화의 개념 확인
진화는 생물이 생명의 기원 이후부터 점진적으로 변해 가는 현상이다.
진화에서 목적성은 찾을 수 없다.
이미 진행되어 밝혀진 진화 과정에서 경향을 파악할 수는 있지 만, 진화 자체는 특정 경향을 띠고 진행되는 것이 아니다.
일례로 말의 경우, 결과적으로 몸체는 증가하고 발가락 수는 줄 어드는 경향을 띤다고 할 수 있으나 이러한 방향을 향해 진화했 다고 할 수는 없다.
진화는 기존의 구조를 수정하여 새로운 적응을 가능하
게 한다.
생물의 진화에 대한 과학적 추론
최초 생명체에서 어떻게 지금의 다양한 생물이 나타날 수 있었을까?
생물은 생존과 번식에 필요한 적절한 환경이 제공되는 곳에서만 존재한다.
생물이 살아가는 환경은 끊임없이 변화한다.
그런 변화에 적응하지 못하게 된 생물은 더 이상 생존할 수가 없 다.
모든 생물은 오랜 기간 동안 변화를 통해 예측할 수 없는 환경 변 화에 적응하여 왔다.
그런 변화와 적응이 지속되면 전혀 다른 생물종이 등장하게 될 수도 있다.
이것이 19세기 중반에 찰스 다윈이 제안했던 진화론의 핵심이 다.
진화론의 등장과 논쟁의 시작
진화는 생물의 변화를 설명한다.
이는 생물의 불변성을 주장해 온 당시의 사회적 배경에 정면 배 치되는 생각으로 많은 반발을 유발했다.
당시의 종교와 그리스 철학의 전통에 근거를 둔 자연신학에 의 하면 모든 생물은 완벽하게 창조되어 변화하거나 멸종하지 않는 것으로 간주되었다.
다윈 진화론의 등장 배경
린네 (1707-1778)에 이르러 집대성된 고전분류학은 신의 창조물인 무수히 많은 종들을 질서 있게 배열하는 것이 목 적이었다 .
퀴비에 (1769~1832)는 격변설을 통해 지구상에 여러 차례 일어난 격변으로 인해 일체의 생물은 사멸하였으며 그때 마다 신에 의해서 다시 창조되었다고 주장하였다.
지구의 나이가 수천 년에 불과하고 신에 의해 창조된 채로 변 하 지 않는다는 주장은 허튼(1726-1797)과 라이엘 (1797~1875)의 동일과정설(uniformitarianism)에 의해 논 박되었다 .
라마르크 (1744~1829)는 생물이 신의 개입이 아닌 어떤 자
연적 현상의 결과로 오랜 시간의 변화를 겪는다고 제안한
첫 과학자이다.
『종의 기원』(Origin of Species)
….There is grandeur in this view of life, with its several
powers, having been originally breathed into a few forms or into one; and that, whilst this planet has gone cycling on according to the fixed law of gravity, from so simple a
beginning endless forms most beautiful and most wonderful have been, and are being,
evolved.
-the closing paragraph of On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or The Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life
다윈 진화론(다윈주의, Darwinism)-1
HMS 비글호 항해 동안의 다윈의 경험은 새로운 종이 조상 으로부터 점진적으로 누적되는 적응을 통해 발생할 수 있 다는 그의 생각의 주된 배경이 되었다.
영국으로 돌아온 후, 수십 년의 연구 끝에 결론에 도달할 즈음 윌러스의 동일한 연구 결과와 주장을 알게 되자 서둘 러 그의 이론을 정교하게 다듬어서 드디어 1859년에 ‘종의 기원’을 출판하였다.
다 윈 은 ‘ 종 의 기 원 ’ 에 서 변 형 혈 통 (Descent with modification)이라는 이론을 서술하였다.
다윈은 집단에는 유전되는 변이가 존재함을 알았고, 특정 환경 아래에 서는 이 변이들 가운데 일부가 다른 것에 비해 더 적합하다는 것을 인 식하였다.
다윈 진화론(다윈주의, Darwinism)-2
다윈은 멜서스의 ‘인구론’도 참조하였다.
생물은 환경이 허용하는 것보다 더 많은 개체를 생산하려는 경 향이 있기 때문에 생존 경쟁이 벌어지며, 주어진 환경에 더 적합 한 개체들이 생존과 번식에 높은 성공률을 보이는 경향이 있다.
그래서 더 잘 적응된 개체들이 다른 개체들에 비해서 더 많은 수 의 자손을 남긴다. 이 생각은 맬서스의 영향을 받은 것이었다.
다윈은 가축을 사육하는 과정에서 벌어지는 인위선택
을 관찰하면서, 자연선택에 대한 확신을 가지게 되었
다 .
다윈 진화론(다윈주의, Darwinism)-3
다윈과 월러스의 자연선택에 의한 진화 이론의 제안에 기초가 된 관찰 결과
개체군 내에서 개체 간에 유전적 변이가 존재한다.
생물종의 생식능력은 시간이 지남에 따라 개체수가 기하급수적 으로 증가하는 경향을 보인다.
생물 개체들은 먹이와 생활공간, 물, 빛 등과 같이 생활에 필요한 자원을 위해 서로 경쟁한다.
가장 유리한 유전적 조합의 특성을 갖고 있는 자손이 가장 잘 생 존하고 번식하여 이러한 유전적 특성을 다음 세대로 넘겨준다.
자연선택의 결과 특정 환경에서 생존과 생식 성공의
기회가 증진된 진화적 변이인 적응이 생긴다. 시간이
지남에 따라 충분한 변화가 지리적으로 분리된 개체에
서 축적되어 새로운 종이 만들어진다.
현대종합설(Modern synthesis)
자연선택과 변형된 세습
(Descent with Modification) 유전인자 입자설과 유전 규칙
현대종합설 또는 신다윈주의(Neo-Darwinism)는 어떻게 생물종이 환경에 적응하는지를 설명하기 위해 자연선택에 의한 다윈의 진 화이론과 현대 유전학을 결합한 것이다.
돌연변이로 생긴 유전적 변이에 자연선택이 작용하는 진화적 변 화를 일으킨다.
진화의 증거-1
약물의 사용은 우연한 돌 연변이로 인해서 약물효 과에 저항성을 가지게 되 는 해충이나 병원체가 선 택되도록 한다.
연구자들은 자연선택이
구피 , 도마뱀 집단 등 여러
야생동물들의 적응 진화
를 이끄는 것을 관찰하였
다 .
진화의 증거-2
고대 생물의 잔존물인 화석은 진화의 직접적인 증거이 다 .
퇴적암층은 최근의 것이 오래된 층 위에 쌓이는 순서로 나타난 다.
표준화석은 거대한 지리학적 지역에 걸쳐서 특정 층의 특징을 나타낸다.
암석에 있는 방사성 동위원소는 정확하게 암석의 나이를 측정하 는 데에 이용된다.
진화의 증거-3
상동적 특징은 공통조상의 같은 구조로부터 유래되기
때문에 , 그 구조가 다른 방법으로 사용되더라도 기본
적인 구조가 유사하다.
진화의 증거-4
상사적 특징
곤충의 날개와 새의 날개처럼 아주 다르고 먼 유연관계에 있는 생물들 사이에서 유사한 기능을 갖는 특징이다.
다른 조상을 갖는 생물이 유사한 환경에서 비슷한 방법으로 적응하는 수렴진화를 증명한다.
흔적구조
사람의 꼬리뼈와 뱀의 다리뼈 등, 조상 생물에서는 기능을 했으나, 퇴 화하여 기능을 하지 않는 잔존구조이다.
생물의 구조들은 해당 종들이 다른 생활방식에 적응하면서 흔적구조 로 될 수 있다.
식물과 동물의 분포인 생물지리학은 진화를 지지한다.
오랫동안 나머지 세계와 분리되어온 지역은 그 지역에 독특한 생물상 을 가지고 있다.
현재의 대륙들은 한때 결합되어 초대륙을 형성하였다. 이후 다양한 대 륙 덩어리가 쪼개어져 분리되는 대륙표류는 진화에서 주된 역할을 하 였다.
진화의 증거-5
분자 차원에서 유전자와 단
백질 서열 및 구조가 비슷
한 정도에 따라 생물 종 사
이의 연관도(relatedness)
를 결정할 수 있다.
진화의 증거-6
발생 과정에서 일어나는 변이가 진화적 변화를 유발할 수 있다.
발생 과정에서 순서대로 일어나는 사건에 영향을 미치는 유전자 가 변화하면 돌연변이체가 출현한다.
서로 다른 동물의 발생이 같은 종류의 유전자에 의해 조절되는 데, 이것은 동물들이 진화 역사를 공유하고 있음을 가리킨다.
『종의 기원』(Origin of Species) 이 진화와 관련하여 지니는 의미를 설명해 보자.
다윈이 주장한 자연선택의 3가지 주요 논점을 설명해 보자 .