[진화와 인간 본성] L02.자연 선택에 의한 진화

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Computer Networks 글은 경희대학교 후마니타스칼리지 전중환 교수님의 [진화와 인간 본성 GED1119] 수업을 기반으로 정리한 내용입니다.

2.1 진화의 기제

진화는 무엇일까?

• Myth : 대중 매체에서는 연예인이 새롭게 발전하면 ‘진화’했다고 표현한다.

• 진화는 세대를 거쳐서 생물 개체군내의 형질이 변화하는 것. (한 세대에 일어난 변화 X)

• 세대를 거쳐 형질이 변화하는 것이므로 퇴화도 진화이다.

• 다윈은 진화를 “변화를 수반한 유래”라 표현했다.

• 세대를 거쳐서 개체군에 변화가 일어나려면 개체군의 유전자 빈도에 변화가 있어야 한다.

  • 유전자 빈도 : 개체군 내에서 한 대립 유전자가 차지하는 상대적 빈도
    • 대립 유전자 : 어떤 형질을 만드는 유전자의 다양한 버전을 통틀어 이르는 말

ex) 50명으로 이루어진 개체군에서의 직모(A) / 곱슬 머리(a) 대립유전자를 생각해보자.

• 대립 유전자가 위치할 수 있는 자리 ⇒ 직모 50개, 곱슬 50개 총 100개
• A의 유전자 빈도 = 직모 대립유전자 A가 차지하는 자리의 비율 = A의 개수 / 100
• a의 유전자 빈도 = 곱슬 대립유전자 a가 차지하는 자리의 비율 = a의 개수 / 100

유전적 변화만이 부모에서 자식으로 전해지기 때문에 진화 = 대립유전자 빈도의 변화 이고, 개체가 변화하는 것이 아니라 개체군이 변화하는 것이다.

진화의 기제 종류

일반적으로 진화 = 자연 선택 이라고 혼동하는데, 그렇지 않다. 진화의 매커니즘, 기제들로는 다음의 요인들이 있다. 즉, 진화를 일으키는 요인 중 하나가 자연 선택인 것이다. 하지만 다음의 기제 중 오직 자연 선택만이 복잡한 생물학적 적응을 만들 수 있는 매커니즘이기 때문에 자연 선택을 집중해 보자.

1. 돌연변이
2. 이주
3. 유전적 부동
4. 자연 선택

1. 돌연변이

• 돌연변이 : DNA에 담긴 유전정보가 복제되어 부모 → 자식으로 전달되는 과정에서 생기는 복제 오류로 인한 결과이다.
• 복제 상의 오류는 돌연변이가 유기체에 끼치는 영향이 좋건 나쁘건 간에 관계없이 발생한다.
  • 무작위적(Random)이다.
• 대다수의 오류는 해롭거나 아무 영향을 주지 않을 것
• 소수의 오류는 오히려 유리하게 작용할 수 있다.

하지만 인간의 등에서 날개가 돋아난다는 등의 형질 변화가 발생할 확률이 적기 때문에 복잡한 형질 변화가 일어나지는 않는다.

2. 이주

• 이주 : 한 개체가 서로 다른 유전 정보를 가진 개체군으로 이주하는 것
• ex) 딱정벌레의 몸 색깔이 유전된다고 가정했을 때, 갈색 딱정벌레 개체군에서 한 마리가 녹색 딱정벌레 개체군으로 이주해 번식하고 살게 된 상황
  • 녹색 딱정벌레 개체군 관점에서는 세대를 거쳐 유전자 빈도가 변화함 ⇒ 이주에 의한 진화

이주 또한 이주만으로는 복잡한 생물학적 형질을 만들기는 어렵다. 날개를 만든다 했을 때 필요한 유전자가 기막힌 우연으로 유입되기는 어렵기 때문이다.

3. 유전적 부동

• 유전적 부동 : 순전히 우연에 의해 어떤 개체가 다른 개체들보다 자식을 더 많이 남기게 되는 상황
• ex) 녹색 딱정벌레가 전체의 33.3%를 차지하는 개체군에서 갑자기 녹색 두 마리가 벼락을 맞고 죽은 후, 다음 세대의 녹색 딱정벌레가 차지하는 비율이 14.3%로 크게 줄어든 경우
• 전적으로 우연에 기대는 기제이지만 진화를 일으키는 요인이 된다.

4. 자연 선택

• 자연 선택 : 생존, 번식을 잘 할 수 있는 방향으로 적응적인 진화가 일어나는 것
• ex) 녹색, 갈색 딱정벌레 중 갈색 딱정벌레는 흙 색과 비슷해 까마귀에게 잘 잡아 먹히지 않지만 녹색 딱정벌레는 잘 잡아 먹히는 경우 ⇒ 갈색 딱정벌레가 차지하는 비율이 높아진다.

진화를 일으키는 동력은 여렷이나, 오직 자연 선택만이 의도적으로 설계한 것과 같은 복잡하고 정교한 적응을 만들 수 있다.

2.2 자연 선택에 의한 진화

복잡하고 정교한 생명의 ‘설계’를 어떻게 설명할 수 있을까?

• 다윈 : 복잡한 설계는 초자연적인 설계자가 아닌 자연 선택에 의한 진화로 인해 점진적으로 만들어졌다!

Fig1

Fig1은 박각시 나방이 될 애벌레이다. 애벌레는 새들에게는 아주 좋은 먹이이다. 때문에 애벌레들은 자기 몸을 보호하는 다양한 수단을 진화시켰는데, 위 그림과 같이 박각시 나방의 애벌레는 가짜 뱀 눈 무늬가 있어 뱀을 흉내 낸다.

• 무늬가 나오기 위해서는 여러 우연한 변이가 있었을 것이다. (처음부터 완벽하게 뱀을 닮지 않는다.)
• 뱀의 눈을 조금이나마 닮은 변이를 지닌 애벌레들은 뱀의 눈을 닮지 않은 애벌레보다 새들에게 덜 잡아먹히는 이득을 얻었을 것이다. ⇒ 생존률 상승
• 따라서 후대에 해당 유전자를 더 많이 남겨줬을 것 ⇒ 번식률 상승
• 뱀을 닮게 만드는 유전적 변이들이 여러 세대에 걸쳐 일관되게 축적되는 과정에서 뱀을 매우 닮은 애벌레가 만들어질 수 있다.

자연 선택에 의한 진화는 일종의 논증이다.

• 1)유전, 2)변이, 3)차별적 번식 세 가지 조건이 충족되면 무조건 자연 선택에 의한 진화가 일어난다.

1. 변이 : 개체군내의 개체들은 서로 조금씩 다르다.
2. 유전 : 존재하는 변이 가운데 적어도 일부는 부모에서 자식으로 전해진다.
3. 차별적인 성공 : 유전적 변이 가운데 개체의 생존과 번식에 도움이 되는 변이가 생존에 성공하고 그렇지 않은 변이보다 점점 더 흔해진다.

• 자연 선택에 의한 진화는 여러 유전적 변이 가운데 개체의 번식에 도움이 되는 변이가 점차 흔해지는 과정이다.

• 자연 선택은 우연히 무작위적으로 일어나는 과정일까? 아니다!

  • 유전적 변이의 원천이 되는 돌연변이는 무작위적으로 발생한다.
  • 하지만, 선택은 무작위적이지 않다.

• 즉, 자연 선택은 무작위적인 유전적 변이들 사이에 일어나는 무작위적이지 않은 선택이다.

현대 유전학의 관점에서 다윈의 진화 이론

1. 변이 : 어떤 형질을 만드는 유전자는 여러 가지 버전으로 존재(대립유전자)한다.
2. 유전 : 부모에서 자신으로 유전적 변이가 전해진다.
3. 차별적 번식 : 다른 대립유전자보다 개체의 생존과 번식에 더 유리하게 작용하는 대립유전자가 개체군내에서 그 빈도를 점차 높이게 된다.

2.3 자연 선택 적자 생존

• 자연 선택 이론이 적자 생존, 약육강식과 같은 이론인가? 그렇지 않다.

1. 생존 그 자체는 진화에서 중요하지 않다. 정작 중요한 것은 번식이다.

• 생존 그 자체는 진화에서 중요하지 않다는 것

  • 일생에 단 한 번 번식하고 바로 죽는 생활사를 진화시킨 동식물이 적지 않다는 것을 보면 알 수 있다.

• 일생에 여러 번 번식하는 동식물의 경우에서만 생존은 제한적인 의미가 있다.

  • 일생에 여러 번 번식하므로 생존은 번식의 기회를 증가시킨다는 점에서 의미를 갖는다.

2. 적자 = 개체군이 현재 처한 생태적 환경에서 요구되는 형질을 지닌 객체

• 딱 들어맞는다는 의미에서의 ‘적자’이다.
• 때로는 작거나 약한 개체가 주어진 환경과 잘 맞아떨어지는 적자일 수도 있다. ex) 섬에 토끼들이 살고 있고, 용감한 토끼와 겁쟁이 토끼가 있으며, 섬에 늑대를 수없이 많이 풀어 놓았다고 가정해보자. ⇒ 이 경우 용감한 토끼보다 숨어지내는 겁쟁이 토끼가 더 생존과 번식에 유리하고, 결과적으로 섬의 토끼들은 아주 소심하고 겁이 많은 방향으로 진화할 것이다.

즉, 자연 선택에 의한 진화는 현재 처한 환경에 가장 잘 들어맞는 개체들의 번식이다.

Summary

1. 진화는 세대를 거쳐 발생하는 개체군의 형질 변화이다.
2. 진화의 원동력 ⇒ 1)돌연변이, 2)이주, 3)유전적 부동, 4)자연 선택
3. 자연 선택만이 유일하게 복잡한 적을을 만들 수 있는 기제이다.
4. 자연선택이 일어나기 위한 필요충분조건 1)변이, 2)유전, 3)차별적 번식
5. 적자생존은 1)생존 그 자체는 중요하지 않다, 2) 적자는 개체군이 처한 환경에 적합한 자를 뜻한다.

참고문헌

• Fig1 - DrAndreasKay/youtube

연결문서

• 2023-10-03-evolution-L01