18장 자연선택과 적응

이데아의 역사 플라톤과 아리스토텔레스: 종은 변화하지 않는다고 선언 플라톤: “이상적인, 완전한 형상이 존재하며 이것은 안정하다. 그리고 이것으로부터 변형된 것은 불완전하다” 아리스토텔레스: ‘자연 사다리 (natural scale)’- 생물을 단순한 것에서부터 복잡한 순으로 배열 아리스토텔레스 철학과 기독교 신학에 의해 종의 불변성에 대한 생각이 강화됨

이데아의 역사 1700년대 린네 (Carl von Linne): 종의 불변성 신봉, 살아있는 모든 생물에 대한 분류 체계를 고안 뷔퐁 (George-Louis Leclerc De Buffon): ‘자연에 의해 착상되고 시간에 의해 생성된’ 작은 집단들도 있다고 제기 라마르크 (Jean Baptiste de Lamarck): 뷔퐁의 수제자, 하나의 종이 다른 종으로 변할 뿐만 아니라 인간도 다른 종에서 생겨났다고 제안. 획득형질 유전 용불용설 (law of use and disuse)

다윈의 등장 다윈 (Charles Darwin): 현대사에 가장 큰 영향력을 끼친 인물 갈라파고스 섬의 여행에서 핀치새 (finche)에 대한 그의 생각

다윈의 이론 인위선택 (artificial selection): 유능한 농부는 각 세대에서 특정한 개체만을 선택함으로써 품종을 개량한다. 자손은 어버이를 닮는 경향이 있고 가장 좋은 어버이는 가장 좋은 새끼를 낳는다

다윈의 이론 멜서스 (Thomas Malthus)의 ‘인구론’: 다윈의 이론에 영향을 준 이론 모든 종은 대단한 생식력을 갖고 있고 기아나 병에 의해 억제되지 않는다면 기하 급수적으로 그 수가 증가하는 경향이 있다 자연선택 (natural selection) 대부분의 자연 개체군에는 개체들 사이에 변이가 존재한다. 변이 중 어떤 것은 유전된다. 개체군은 실제로 생존할 수 있는 것보다 더 많은 자손을 생산하는 경향이 있다. 환경에 가장 잘 적응하는 특성을 가진 개체는 덜 적응하는 특성을 가진 개체보다 더 잘 생존할 것이며 더 많은 새끼를 남길 것이다.

종의 기원 (the origin of species) “생존경쟁이 변이와 관계하여 어떻게 작용하는 것일까? 인위선택의 원리가 자연에서도 적용될 수 있을까? 나는 자연선택이 매우 효과적으로 작용할 수 있다고 생각한다. 만약에 그런 변이가 일어난다면 다른 개체에 비해서 생존과 출산에 더 좋은 기회를 갖는다는 점을 의심할 수 있을까? 반면에 매우 해로운 변이는 엄격히 소멸될 것이라고 확신할 수 있다. 이렇게 유리한 변이는 보존되고 해로운 변이는 소멸되는 것을 나는 자연선택이라고 생각한다.”

신종합설 (New synthesis) 다윈은 유전자가 존재한다는 사실을 알지 못했기 때문에 사람들에게 자연선택과 진화의 관계를 확신시키는데 상당한 어려움을 겪었다. 당시 멘델의 연구가 수행됨 1930년대에 유전자와 자연선택의 관계에 대한 전반적인 원리가 만들어짐 1940년대 마이어 (Ernst Mayr)와 동료들: 유전학과 진화의 원리를 종합한 신종합설을 설명

생물이 다양해질 수 있는 몇 가지 방법 개체군 내에서도 각 개체는 서로 다른데, 이것은 각 개체가 개체만의 특이한 형질을 갖거나 여러 형질의 조합 형태를 갖기 때문이다. 변이는 모든 형질에서 나타난다. 인간의 감수성으로는 그 변이를 쉽게 구별할 수 없다. 자연선택은 유전이 가능한 변이에만 작용한다 일부 유전자, 혹은 유전자조합은 보다 더 유리할 수 있으며 다음 세대의 개체군에서 그 숫자가 증가하게 된다.

변이의 원인 돌연변이는 유전물질에서 나타나는 무작위적이고 유전 가능한 변화 돌연변이에는 점돌연변이와 염색체돌연변이가 있음 완전한 기능을 갖는 유전자가 무작위로 변화하게 되면 그 기능이 간섭받을 수 있음

유전자 다양성의 유지 평형선택 (balancing selection) 열성형질이 유지되는 것은 동형접합자가 아닌 한 자연선택의 작용을 받지 않기 때문이다. 평형선택은 변이성 대립유전자의 유실을 억제하는 과정이다. 그 결과로 나타나는 표현형을 평형다형성 (balanced polymorphism)이라 한다. 영국달팽이의 껍질은 포식자인 새에 노출되지 않도록 서식처에 따라 색깔과 특징이 서로 다르게 나타난다. 따라서 이 달팽이는 커다란 다양성을 유지한다.

유전자 다양성의 유지 이형접합자 이점 (heterozygote advantage) 유전자형이 동형접합자보다는 이형접합자일 때 번식성공도가 더 높다는 것 낫형적혈구 자연선택은 개체군에서 두 대립유전자를 중간 정도의 빈도로 유지된다.

유전자 다양성의 유지 빈도의존성 선택 (frequency-dependent selection) 어떤 유전자형의 생식적인 성공이 개체군 내의 빈도에 의해 결정되는 것 열대 담수어 개체군에서 회색형과 빨간형 빨간형은 이점과 불리한 점이 균형을 이루는 상태에서 균형빈도 (equilibrium frequency)를 유지하게 된다.

자연선택 자연선택: 우세한 조건에 대해 가장 잘 적응한 유전자형이 환경에 의해 선택되는 과정 유전이 가능한 변이체에만 작용 어떤 유전자를 가진 개체들이 생식에 크게 성공한다면 그 유전자들은 개체군 내에서 크게 증가하게 될 것이다. 그리고 나면 자연선택적으로 진화를 일으킨다. 진화는 시간이 흐름에 따라 개체군내 대립유전자들의 비율이 변하는 것을 말한다.

얼룩나방 – 자연 개체군에서의 자연선택 얼룩나방의 두 가지 형태: 밝은 반점 v.s 검은색 띠 산업혁명 초기 검은 나방은 특히 도시 근처에서 수집되는 빈도가 크게 증가 현재 오염을 줄이는 노력으로 검은 나방의 빈도가 줄어듦 자연선택이 하나의 대립유전자에 작용하는 경우에는 이 얼룩나방처럼 진화가 빠르게 진행된다. 자연선택은 여러 개의 대립형질에 작용하기 때문에 진화가 매우 느리게 진행된다.

적응도 (fitness) 적응도: 한 개체가 다음 세대의 유전자풀 (gene pool)에 미치는 상대적 공헌도 적자생존 (survival of fittest)

진화의 증거 - 화석기록 남아메리카에서 발견된 멸종된 거대한 아르마딜로 화석 1879년 마시 (O. C. Marsh)의 연구: 말의 진화에 대한 연구 스탠리 (Steven Stanely)의 ‘종선택 (species selection)’: 어떤 혈통에서 새로운 종이 생길 때 가장 오래 살면서 새로운 종을 가장 많이 생성하는 것이 진화의 방향에 가장 큰 영향을 미칠 것이다.

진화의 증거 - 생물지리학 다윈의 추론에 따르면 남아메리카에는 토끼가 이동할 수 없었기 때문에 토끼가 없다. 다윈의 추론에 따르면 남아메리카에는 토끼가 이동할 수 없었기 때문에 토끼가 없다. 대륙으로부터 격리된 오스트레일리아에는 박쥐나 외부에서 들어온 동물을 빼고는 원시적인 유대류와 더 원시적인 단공류의 포유류들만 산다. 서로 유연관계가 깊은 동물들은 같은 지역에서 발견될 확률이 높다.

진화의 증거 - 비교해부학 척추동물의 골격에 대한 연구를 통해 오늘날의 대표적인 동물이 어떠한 경향으로 진화해 왔는지를 짐작할 수 있다. 포유류의 상관성: 7개의 목뼈, 배발새의 아가미활 상사기관 (analogous) 과 상동기관 (homologous)

진화의 증거 – 아미노산의 비교생화학 시토크롬c는 철을 가지고 있는 단백질로서 세포호흡시에 전자전달계에서 운반체로 작용한다. 아미노산서열의 돌연변이 속도는 얼마나 오래 전에 두 개의 계열로 갈라졌는지를 결정하는 일종의 분자시계가 될 수 있다.

진화의 증거 – 뉴클레오티드의 비교생화학 DNA의 뉴클레오티드서열도 분자시계로 쓸 수 있다. 두 생물체의 DNA 분자를 한 가닥씩 섞어 혼성화 (hybridize)시킨 다음, 각 염기쌍이 짝을 이루는 정도로부터 유전적 유사서을 알아낸다.

진화의 증거 - 인위선택 우리는 특정한 형질을 지닌 개체들을 선택하여 교배시킴으로써 궁극에 가서는 그런 형질이 개체군 내에서 증폭될 수 있다는 것을 거듭 증명해 왔다.