동물들이 유성생식을 사용하는 이유는?
(Why Do Animals Use Sexual Reproduction?)
by Brian Thomas, Ph.D.
영국의 생물학자들은 비효율성에도 불구하고 왜 곤충들이 유성생식(sexual reproduction, 암수 성에 의한 번식)을 계속 사용해왔는지를 이해하기 위하여, 흔히 볼 수 있는 밀가루 딱정벌레(flour beetles)에 대해서 10년 동안의 실험을 수행했다. 그들은 그 결과를 진화를 지지하는 것으로 해석했지만, 번식 시스템의 불변성에 대한 한 주요한 관찰은 한 질문을 불러일으키고 있었다.
유럽의 생물학자들은 그들의 실험에서 서로 다른 두 딱정벌레 집단을 조절했고 모니터링 했다.[1] '강한 성선택(strong sexual selection)' 집단에서는 10마리의 암컷을 차지하기 위해 여러 세대의 각각에서 90마리의 수컷들이 경쟁하게 하였다.[1] 그러나 두 번째의 ‘약한 성선택(weak sexual selection)‘ 집단에서는, 암수의 비율이 일대일이 되도록 해주었다. 이들 두 집단에서 몇 년이 지난 후에, 각 집단의 후손들이 근친교배(inbreeding)를 위해 선택되었다.
근친교배는 두 번식 집단에 이미 축적되어왔던 돌연변이들을 증폭시켰다. 얼마의 세대 동안 근친교배가 진행된 후에 그 생물이 ‘멸종의 소용돌이(extinction vortex)’에 들어가는 지를 알아보았다. 이들 연구자들은 많은 세대 동안 암컷보다 더 많은 수컷을 가졌던 집단이, 한 암컷 딱정벌레와 한 수컷 딱정벌레가 짝짓기를 했던 집단보다 돌연변이-기인한 멸종을 피할 수 있는 것을 알아냈다. (그래프는 여기를 클릭).
Nature 지에 게재된 논문에서 연구팀의 주요 질문은 ”생물들이 고비용의 유성생식을 유지하는 이유에 대한 설명”에 초점을 맞추고 있었다.[1] 왜 동물들은 암컷과 수컷의 생식 형태와 성행동을 만들어내는 데에 그렇게 많은 시간과 에너지를 소비하는 위험을 감수했는가? ”모두가 암컷이 되어 무성생식으로 번식한다면 더 많은 수의 후손들을 낳아, 번식에 훨씬 효과적이지 않았겠는가?” 이스트 앵글리아(East Anglia) 대학의 보도 자료는 말하고 있었다.
Nature 지 논문의 선임 저자이며, 이스트 앵글리아 대학의 생물학 교수인 매튜 게이지(Matthew Gage)는 그러한 질문에 대해 이렇게 대답하고 있었다. ”우리의 연구 결과는 암수 성에 의한 번식(유성생식)이 우성적(dominant) 방식을 유지한다는 개념을 직접적으로 지지한다. 왜냐하면, 성선택(sexual selection)이 이러한 중요한 유전적 이득을 제공하고 있기 때문이다.”[2]
어떻게든 돌연변이의 축적을 최소화하여 멸종을 피하려는 것은 가장 중요한 유전적 이득(genetic benefit)이 될 수 있다. 그러나 이 이득이 암수 성에 의한 번식이 유지되는 이유를 가장 잘 설명하고 있는 것일까? 다른 말로 해서, 왜 동물(밀가루 딱정벌레를 포함하여)들은 암수 성에 의한 유성생식을 유지하는지, 그 이유에 대한 더 낳은 설명은 없는가?
연구자들은 한 주요한 관측을 언급하지 않고 있었다. 그것은 일찍이 어떠한 생물학자도 암수 성에 의한 번식 또는 유전자 변형을 포함하여, 동물의 번식 방식(mode)을 개편했던 자연적 또는 인공적 과정에 대해서 기술한 적이 없었다는 것이다. 그것은 너무도 복잡한 것이다. 아마도 이들 딱정벌레가 암수 성에 의한 유성생식을 유지하는 이유는 미래에 멸종을 피한다는 멋진 이득이 있기 때문이 아니라, 단지 그들이 그렇게 하는 것 외에는 다른 방법을 가지고 있지 않았기 때문이라는 것이다. 그들은 설계된 프로그램에 따라 그저 번식하고 있는 것이다.
밀가루 딱정벌레의 번식 방식을 개편하는 것은, 그들의 본능적인 행동 패턴, 새로운 유전자들의 발명과 통합, 생식 기관들의 개조, 얼마나 많은지 알 수 없는 세포적 상호작용들의 네트워크...등을 변경하는 것을 포함한다. 예를 들어, 한 연구팀은 다리와 더듬이의 제조와 관련된 여러 유전자들은 암컷 밀가루 딱정벌레의 주요 생식기 부분들, 즉 기절판(coxite), 기절돌기(stylus), 외음(vulva) 등과 같은 것에 관여하지 않는다는 것을 발견했다.[3] 이것은 유성생식이 아닌, 무성생식으로 개편하기 위해서는 새로운 전체 유전자들이 필요하다는 것을 의미한다.
또한, 밀가루 딱정벌레의 번식 시스템을 개조시키는 것이 무엇이든지 누구이든지 간에, 모든 새로운 부분들은 단지 한 세대 만에 모두(점진적으로 하나씩이 아니라) 정확하게 작동되어야만 한다는 것이다. 그렇지 않다면 그 곤충은 죽어버릴 것이다.
따라서 영국 생물학자들에 의해서 부지런히 수행됐던 실험의 결과는 딱정벌레들이 그리고 다른 동물들이 왜 유성생식을 지속하고 있는지에 대한 대답이 될 수 없는 것이다. 그들은 왜 그러한 번식시스템이 진화로 생겨났을 것이라고만 생각하는 것일까? 초월적 지혜의 창조주가 그것을 설계하셨을 수도 있지 않았겠는가? 여하간 그 실험 결과는 유성생식의 분명한 이점을 보여주고 있었다. 그것은 타락 이후에 이 세계에서 일어났던, 생물들에서 발생해왔고 지금도 일어나고 있는 무작위적인 돌연변이의 축적에 의한 손상을 최소화시켜주고 있었던 것이다.
References
1. Lumley, A. J. et al. Sexual selection protects against extinction. Nature. Published online before print, May 18, 2015, accessed May 18, 2015.
2. Population benefits of sexual selection explain the existence of males. ScienceDaily,May 18, 2015. University of East Anglia press release. Posted on uea.ac.uk on May 18, 2015, accessed May 18, 2015.
3. Aspiras, A. C., F. W. Smith, and D. R. Angelini. 2011. Sex-specific gene interactions in the patterning of insect genitalia. Developmental Biology. 360 (2): 369-380.
번역 - 미디어위원회
링크 - http://www.icr.org/article/8802
출처 - ICR News, 2015. 5. 28.
동물들이 유성생식을 사용하는 이유는?
(Why Do Animals Use Sexual Reproduction?)
by Brian Thomas, Ph.D.
영국의 생물학자들은 비효율성에도 불구하고 왜 곤충들이 유성생식(sexual reproduction, 암수 성에 의한 번식)을 계속 사용해왔는지를 이해하기 위하여, 흔히 볼 수 있는 밀가루 딱정벌레(flour beetles)에 대해서 10년 동안의 실험을 수행했다. 그들은 그 결과를 진화를 지지하는 것으로 해석했지만, 번식 시스템의 불변성에 대한 한 주요한 관찰은 한 질문을 불러일으키고 있었다.
유럽의 생물학자들은 그들의 실험에서 서로 다른 두 딱정벌레 집단을 조절했고 모니터링 했다.[1] '강한 성선택(strong sexual selection)' 집단에서는 10마리의 암컷을 차지하기 위해 여러 세대의 각각에서 90마리의 수컷들이 경쟁하게 하였다.[1] 그러나 두 번째의 ‘약한 성선택(weak sexual selection)‘ 집단에서는, 암수의 비율이 일대일이 되도록 해주었다. 이들 두 집단에서 몇 년이 지난 후에, 각 집단의 후손들이 근친교배(inbreeding)를 위해 선택되었다.
근친교배는 두 번식 집단에 이미 축적되어왔던 돌연변이들을 증폭시켰다. 얼마의 세대 동안 근친교배가 진행된 후에 그 생물이 ‘멸종의 소용돌이(extinction vortex)’에 들어가는 지를 알아보았다. 이들 연구자들은 많은 세대 동안 암컷보다 더 많은 수컷을 가졌던 집단이, 한 암컷 딱정벌레와 한 수컷 딱정벌레가 짝짓기를 했던 집단보다 돌연변이-기인한 멸종을 피할 수 있는 것을 알아냈다. (그래프는 여기를 클릭).
Nature 지에 게재된 논문에서 연구팀의 주요 질문은 ”생물들이 고비용의 유성생식을 유지하는 이유에 대한 설명”에 초점을 맞추고 있었다.[1] 왜 동물들은 암컷과 수컷의 생식 형태와 성행동을 만들어내는 데에 그렇게 많은 시간과 에너지를 소비하는 위험을 감수했는가? ”모두가 암컷이 되어 무성생식으로 번식한다면 더 많은 수의 후손들을 낳아, 번식에 훨씬 효과적이지 않았겠는가?” 이스트 앵글리아(East Anglia) 대학의 보도 자료는 말하고 있었다.
Nature 지 논문의 선임 저자이며, 이스트 앵글리아 대학의 생물학 교수인 매튜 게이지(Matthew Gage)는 그러한 질문에 대해 이렇게 대답하고 있었다. ”우리의 연구 결과는 암수 성에 의한 번식(유성생식)이 우성적(dominant) 방식을 유지한다는 개념을 직접적으로 지지한다. 왜냐하면, 성선택(sexual selection)이 이러한 중요한 유전적 이득을 제공하고 있기 때문이다.”[2]
어떻게든 돌연변이의 축적을 최소화하여 멸종을 피하려는 것은 가장 중요한 유전적 이득(genetic benefit)이 될 수 있다. 그러나 이 이득이 암수 성에 의한 번식이 유지되는 이유를 가장 잘 설명하고 있는 것일까? 다른 말로 해서, 왜 동물(밀가루 딱정벌레를 포함하여)들은 암수 성에 의한 유성생식을 유지하는지, 그 이유에 대한 더 낳은 설명은 없는가?
연구자들은 한 주요한 관측을 언급하지 않고 있었다. 그것은 일찍이 어떠한 생물학자도 암수 성에 의한 번식 또는 유전자 변형을 포함하여, 동물의 번식 방식(mode)을 개편했던 자연적 또는 인공적 과정에 대해서 기술한 적이 없었다는 것이다. 그것은 너무도 복잡한 것이다. 아마도 이들 딱정벌레가 암수 성에 의한 유성생식을 유지하는 이유는 미래에 멸종을 피한다는 멋진 이득이 있기 때문이 아니라, 단지 그들이 그렇게 하는 것 외에는 다른 방법을 가지고 있지 않았기 때문이라는 것이다. 그들은 설계된 프로그램에 따라 그저 번식하고 있는 것이다.
밀가루 딱정벌레의 번식 방식을 개편하는 것은, 그들의 본능적인 행동 패턴, 새로운 유전자들의 발명과 통합, 생식 기관들의 개조, 얼마나 많은지 알 수 없는 세포적 상호작용들의 네트워크...등을 변경하는 것을 포함한다. 예를 들어, 한 연구팀은 다리와 더듬이의 제조와 관련된 여러 유전자들은 암컷 밀가루 딱정벌레의 주요 생식기 부분들, 즉 기절판(coxite), 기절돌기(stylus), 외음(vulva) 등과 같은 것에 관여하지 않는다는 것을 발견했다.[3] 이것은 유성생식이 아닌, 무성생식으로 개편하기 위해서는 새로운 전체 유전자들이 필요하다는 것을 의미한다.
또한, 밀가루 딱정벌레의 번식 시스템을 개조시키는 것이 무엇이든지 누구이든지 간에, 모든 새로운 부분들은 단지 한 세대 만에 모두(점진적으로 하나씩이 아니라) 정확하게 작동되어야만 한다는 것이다. 그렇지 않다면 그 곤충은 죽어버릴 것이다.
따라서 영국 생물학자들에 의해서 부지런히 수행됐던 실험의 결과는 딱정벌레들이 그리고 다른 동물들이 왜 유성생식을 지속하고 있는지에 대한 대답이 될 수 없는 것이다. 그들은 왜 그러한 번식시스템이 진화로 생겨났을 것이라고만 생각하는 것일까? 초월적 지혜의 창조주가 그것을 설계하셨을 수도 있지 않았겠는가? 여하간 그 실험 결과는 유성생식의 분명한 이점을 보여주고 있었다. 그것은 타락 이후에 이 세계에서 일어났던, 생물들에서 발생해왔고 지금도 일어나고 있는 무작위적인 돌연변이의 축적에 의한 손상을 최소화시켜주고 있었던 것이다.
References
1. Lumley, A. J. et al. Sexual selection protects against extinction. Nature. Published online before print, May 18, 2015, accessed May 18, 2015.
2. Population benefits of sexual selection explain the existence of males. ScienceDaily,May 18, 2015. University of East Anglia press release. Posted on uea.ac.uk on May 18, 2015, accessed May 18, 2015.
3. Aspiras, A. C., F. W. Smith, and D. R. Angelini. 2011. Sex-specific gene interactions in the patterning of insect genitalia. Developmental Biology. 360 (2): 369-380.
번역 - 미디어위원회
링크 - http://www.icr.org/article/8802
출처 - ICR News, 2015. 5. 28.