14 진화의 원리 1

14.1 진화론적 사고는 어떻게 발전되었는가? 초기의 생물학적 사고에는 진화의 개념이 없었다: 모든 생물들은 동시에 창조된 것 뷔퐁 (종은 창조되었고 그 후 진화했다) 다윈 (진화, 자연선택) 휴튼 (점전적인 지질학적 변화) 라마르크 (종 변화의 메커니즘) 쿠비에르 (계속적인 재앙) 월러스 (진화, 자연선택) 리엘 (매우 오래된 지구) 1700 1750 1800 1850 1900 스미스 (지층 서열)

새로운 지역을 탐험해 보면 놀라울 정도로 다양한 생물들이 존재한다. 일부 과학자들은 생물이 진화했을 것으로 생각하였다. 프랑스 박물학자 르클레르(Georges Louis LeClerc, 1707-1788)는 태초에 창조를 통하여 소수의 기본적인 종이 탄생하였고, 몇몇의 현대 종은 “자연에 의해 잉태되고 시간에 의해 만들어졌다” ― 즉, 생물들은 자연 과정을 통하여 진화했다고 제안 화석은 시간이 지나면서 생물들이 변해왔음을 보여준다 지질학은 지구의 역사가 아주 오래 되었다는 증거를 제공했다 다윈 이전의 일부 생물학자도 진화에 대한 기작을 제시하였다 다윈과 월러스는 진화에 대한 기작을 제시하였다

그림 14-4 서로 다른 화석들이 서로 다른 지층에서 발견된다 최근의 암석 오래된 삼엽충 소철양치류 알로사우루스 ▲그림 14-4 멸종된 생명체의 화석 화석은 현존하는 생물체가 한 번에 모두 창조되지 않고, 진화 과정에서 시간이 흐르면서 생겼다는 주장을 적극 지지해 준다. 만일 모든 종들이 동시에 창조되었다면 가장 빨리 나타난 생명체인 삼엽충(a)은 가장 빨리 나타난 양치류(b)보다 더 오래된 암석층에서 발견되어야 하고, 양치류는 알로사우르스(Allosaurus) 같은 공룡(c)보다 더 오래된 지층에서 발견될 것을 기대할 수 없다. 삼엽충은 약 2억3천만 년 전에, 양치류는 약 1억5천만 년 전에, 공룡은 약 6천 500만 년 전에 멸종되었다. 5

둥지의 알 뼈 발자국 화석화된배설물 피부자국

그림 14-5 갈라파고스 군도에 서식하는 다윈의 핀치새 지상형 대형 핀치새-대형 종자에 적합한 부리 지상형 소형 핀치새-소형 종자에 적합한 부리 와블러 핀치새-곤충을 잡는데 적합한 부리 채식성 나무 핀치새-나뭇잎을 먹는데 적합한 부리 7

14.2 자연선택은 어떻게 작용하는가? 다윈과 월러스의 이론은 4가지 가정에 근거한다 집단(population), 어느 특정 지역에 있는 하나의 종으로 구성된 개체들에 4가지 가정에 근거를 두고 있다. 가정 1 : 어떤 집단의 개체들은 여러 면에서 서로 차이가 있다. 가정 2 : 집단의 구성원들 사이에 나타난 몇 가지 차이점은 부모로부터 자손으로 전해지는 특징 때문이다. 가정 3 : 각 세대에 한 집단에 있는 일부 개체들은 생존하여 성공적으로 생식을 하나 다른 개체들은 그렇지 못한다. 가정 4 : 개체의 운명은 전적으로 우연이나 행운에 의해 결정되지 않는다. 대신 개체가 생존하거나 생식할 수 있는 가능성은 그 개체가 갖고 있는 특징에 달려있다. 유리한 형질을 갖는 개체가 가장 오래 생존하고 가장 많은 자손을 낳는다. → 이 과정을 자연선택(natural selection)이라고 한다: 화석은 시간의 경과에 따른 진화적 변화의 증거를 제시해준다

그림 14-6 달팽이 집단의 변이 9

14.3 진화가 일어난다는 사실을 어떻게 아는가? 화석은 시간의 경과에 따른 진화적 변화의 증거를 제시해준다 현재 고래 고대 고래Basilosaurus 파키세투스Pakicetus 백만년 전 암블로케투스Ambulocetus 도루돈Dorudon 로도케투스Rhodocetus 50 40 45 10

2. 비교해부학은 자손에서의 변이에 대한 증거를 제시해준다: 상동기관은 공통 조상을 증명해준다 그림14-8 상동기관 2. 비교해부학은 자손에서의 변이에 대한 증거를 제시해준다: 상동기관은 공통 조상을 증명해준다 익룡 돌고래 새 박쥐 물개 개 양 인간 두더지 비행 상완골 수영 달리기 움켜쥐기 지골 중수골 수근골 요골 척골 11

2. 비교해부학은 자손에서의 변이에 대한 증거를 제시해준다: 흔적기관, 기능이 없는 구조도 조상으로부터 물려받는다 그림 14-9 흔적기관 2. 비교해부학은 자손에서의 변이에 대한 증거를 제시해준다: 흔적기관, 기능이 없는 구조도 조상으로부터 물려받는다 도룡뇽 뱀 고래 도룡뇽의 뒷다리 뼈는 지지와 이동을 하는데 사용된다. 이 흔적 뼈의 구조는 도 룡뇽의 그것과 구조가 비 슷하지만 기능이 없다. 세 동물 모두 공통 조상 으로부터 뼈를 물려 받았다. 12

2. 비교해부학은 자손에서의 변이에 대한 증거를 제시해준다: 상사기관, 그림 14-10 상사기관 제비 실잠자리 2. 비교해부학은 자손에서의 변이에 대한 증거를 제시해준다: 상사기관, 일부 해부학적 유사성은 환경이 비슷한 곳에서 일어난 진화 때문이다 13

여우 원숭이 돼지 사람 3. 발생학적 유사성은 공통조상의 존재를 암시해준다 그림 14-11 발생단계는 진화의 연관성을 보여준다

그림 14-12 분자 단계에서의 유사성은 진화의 연관성을 보여준다. 4. 최신 생화학적, 유전학적 분석은 다양한 생물들 사이의 연관성을 밝혀준다 human mouse 15

그림 14-13 개의 다양성은 인공선택의 예를 보여준다 14.4 자연선택에 의해 집단이 진화한다는 증거는 무엇인가? 인위적 선택: 인위적인 교배를 통해 생명체를 변화시킬 수 있다 회색 늑대 다양한 품종의 개 16

그림 14-14 포식자가 없는 환경에서 구피는 더욱 화려해지도록 진화한다 자연선택: 자연선택에 의한 진화는 오늘날에도 일어난다 17

그림 14-15 도마뱀의 다리 크기는 변화된 환경에 반응하여 진화한다 18

포식자의 수가 적으면 피식자의 몸 색깔이 더 화려해진다 자연선택은 살충제 저항성을 만들어 낼 수 있다 실험으로 자연선택을 증명할 수 있다 선택은 특정 환경에 가장 적합한 형질을 유리하게 만드는 무작위 변이에 작용한다 • 자연선택에 작용하는 변이는 기회돌연변이에 의해 만들어진다. 트리니다드 섬의 화려한 구피 열대어, 포도당을 싫어하는 플로리다 주의 바퀴벌레, 그리고 짧은 다리를 가진 바하마 섬의 도마뱀은 교배 시 암컷의 선호도, 독이 든 시럽 혹은 가는 나무 가지에 의해 이루어진 것이 아니다. 이 유리한 형질들을 만드는 돌연변이는 자연발생적으로 나타났다. • 자연선택은 특정 환경에 가장 적응된 생물을 선호한다. 자연선택은 더욱 완벽한 수준의 생물을 만들어 내는 기작이 아니다. 자연선택은 절대적인 의미에서의 “최고”를 선택하는 것이 아니라, 특정 환경에서의 “최고” 대한 것일 뿐이며, 이것은 장소에 따라 다르며 시간이 지남에 따라 바뀔 수도 있다. 특정 조건에서 유리한 형질도 조건이 바뀌면 불리해진다.

캐나다의 붉은 다람쥐 무리: 10년 전과 비교하여 새끼를 18일 일찍 낳는다. 지구 온난화와 관계가 있다. 현재 봄은 더 일찍 오고 전나무는 다람쥐의 유일한 먹이인 씨앗을 더 일찍 만들기 때문 더 일찍 새끼를 낳은 다람쥐는 따뜻한 기후와 더 풍부한 먹이로 경쟁에서 우위를 점한다. 다람쥐가 출산을 하는 시기는 동물의 유전자 구조에 의해 영향을 받으므로 일찍 새끼를 낳은 다람쥐는 그들의 자손에 이러한 이점을 주는 유전자를 전달한다. 그 결과 다람쥐 집단의 유전자 구조가 변하고 일찍 새끼를 낳는 다람쥐들이 늦게 새끼를 낳는 다람쥐들 보다 흔하게 된다. 지구의 기후 변화가 진화에 큰 영향을 미치고 잠재적으로 거의 모든 종의 진화에 영향을 준다는 것을 알 수 있다.