장님 동굴물고기는 수렴진화의 허구성을 드러낸다. : 진화론-종분화 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2025-10-23

장님 동굴물고기는 수렴진화의 허구성을 드러낸다.

(Blind Cavefish Unmask the Convergent Evolution Myth)

by Michael J. Boyle, PH.D.

끊임없이 확장되는 진화론에는 각각의 주요 해석 개념을 나타내도록 고안된 전문화된 용어들이 있다. 어떤 용어는 매우 융통성이 많아 광범위한 시공간적 규모에 걸쳐 독특한 관찰이나 광범위한 패턴 집합에 적용될 수 있다. 이러한 용어는 의도적으로 유연한 것처럼, 심지어 수정 가능한 것처럼 보인다. 잘 알려진 책 『진화생물학의 키워드(Keywords in Evolutionary Biology)』의 서문에서 저자들은 다음과 같이 말한다 :

이 책에서 우리의 목표는 일반적으로 사용되지만, 동시에 여러 의미로 사용되고, 역사적으로 다양한 진화생물학 용어들을 식별하고 설명하는 것이다.[1]

'수렴(convergent)'이라는 용어는 진화생물학에서 다양한 의미를 지닌다. 다음과 같은 정의를 가진다 : 서로 다른 진화 계통에서 독립적으로 유사한 특징이 진화한 것[2], 두 생물, 기관, 분자들이 유사한 경로를 따라 독립적으로 진화하여 유사해진 것[3], 공통적인 유사한 환경 문제에 대해 각각 독립적으로 진화적 반응을 하여, 종 간의 유사성을 띠는 것[4] 등이다. 이러한 정의들을 볼 때, 수렴진화(convergent evolution)는 공통조상에서 유래하지 않은 서로 다른 생물 종에서 관찰되는 유사한 형태와 기능으로 정의된다. 하지만 수렴진화는 실제로 관찰 가능한 과정일까?

장님물고기의 보상적 적응

창조연구소(Institute for Creation Research, ICR)는 두 대조적 형태를 보이는 담수어인 아스티아낙스 멕시카누스(Astyanax mexicanus, 멕시코 장님물고기(Mexican tetra))의 적응 발달과 다양성을 연구하고 있다. 하나는 눈에 띄는 착색 패턴을 가진 지표면 어류(surface fish)이고, 다른 하나는 색소가 거의 없는 동굴거주 물고기(cavefish)이다(그림 1). 멕시코 북동부에서 유전적으로 확인된 최소 30개의 아스티아낙스 멕시카누스 개체군들이 기록되었다.[5] 모든 동굴 물고기들은 지하 환경(동굴)에 대한 고도로 최적화된 적응을 공유하며, 대부분의 기존 과학자들은 이를 수렴진화로 해석한다.[6–8] 그러나 모든 아스티아낙스 멕시카누스 동굴물고기와 지표면물고기는 단일 종에 속하므로, 수렴진화로 해석하는 데는 문제가 있다.

그림 1. 아스티아낙스 멕시카누스(Astyanax mexicanus)의 성체 단계. a)기능을 하는 시각계와 뚜렷한 착색을 띠는 지표면에 사는 물고기(Rascón surface fish). b)머리와 몸에 최소 부분에만 착색을 띠는 눈이 없는 동굴물고기(Tinaja cavefish). <Image credit: Macrophotograph by Michael J. Boyle and Michael Lane>

눈이 있는 지표면에 서식하는 물고기와 직접 비교했을 때, 눈이 없는 동굴물고기는 시력의 소실을 보상하는 특정한 적응을 보이고 있다. 섭식, 후각, 호흡, 에너지 저장 및 대사, 먹이 포획, 그리고 항해 능력이 향상되어 있다.[9, 10] 예를 들어, 동굴물고기는 성장해가면서, 더 큰 턱, 더 많은 이빨, 더 많은 구강 미뢰, 그리고 구강외 미뢰의 더 넓은 분포를 발달시킨다.[11] 이러한 섭식 관련(gustatory) 적응은 시상하부의 비대, 관련 신경해부학적 구조[12], 그리고 동굴물고기에서 더 높은 화학적 감각 능력을 가진 더 큰 후각오목, 후각망울(olfactory bulbs), 그리고 상피의 "크게 향상된" 회로와 상관관계가 있을 가능성이 높다.[12–14] 발생 과정에서 동굴물고기의 배아 후각조직(nasal placodes, 비판)은 비교적 더 크기 때문에, 더 큰 후각상피와 신경을 갖게 되며, 이는 비슷한 연령의 지표면물고기보다 105배 낮은 농도의 아미노산을 감지할 수 있다.[14]

그림 2. 발생 25일째 티나자 동굴물고기(Tinaja cavefish)의 퇴화하는 망막을 따라 호형으로 분포하는 신경소구(neuromasts). 섬모(cilia, 노란색)와 근 지지 섬유(fibers, 빨간색)를 가진 유모세포(hair cells)가 보인다. <Image credit: Confocal laser scanning micrograph by Michael J. Boyle> [22]

호흡 보상(compensations)에는 둥근 심실을 가진 더 작은 심장과 더 많은 심실근육기둥(trabeculae)이 포함되며, 이는 더 높은 산소 흡수를 위한 "더 넓은 표면적"을 제공한다.[15] 동굴물고기는 지표면물고기보다 적혈구 수가 적지만, 적혈구의 2차원 표면적은 "상당히 더 크다."[16] 이는 동종의 지표면물고기와 비교했을 때, 적혈구당 헤모글로빈 농도가 더 높고, 혈중 헤모글로빈 농도도 측정 가능하게 더 높음을 나타낸다. 이는 카르스트 동굴 환경에서 흔히 발견되는 저산소 환경의 삶에서 필수적인 보상이다.

영양분이 부족한 서식지에서 에너지를 저장하고 활용하는 측면에서, 동굴물고기는 먹이 활동을 늘리고, 유충에서 성충 단계에 이르기까지 지방세포(adipocytes)를 지속적으로 형성하여 식량 부족을 보상함으로써, 기아 기간을 상쇄한다.[17] 이들은 지표면 물고기보다 비교적 더 많고 큰 지방세포를 갖고 있으며, 지방산으로 생존할 수 있도록 트리글리세리드(triglycerides)를 축적한다.[18, 19] 실제로 동굴물고기는 해로운 병리 현상 없이 고혈당, 인슐린 저항성, 높은 트리글리세리드 수치 및 지방간을 갖는다.[20, 21] 그렇지 않으면 해로울 수 있는 대사 조건이 동굴에서의 에너지 효율을 위해 대신 통합되어 있다.

시력 상실에 대한 감각계의 보상

동굴물고기의 생존에 가장 중요한 적응 중 하나는 측선(lateral line)의 확장이다.[23] 거의 모든 물고기들은 물의 흐름과 진동을 감지하는 신경소구(neuromasts, sensors)로 구성된 측선 체계를 갖고 있다. 각 신경소구에는 신경을 따라 기계적 신호를 화학적 신호로 변환하는 기계감각 유모세포(mechanosensory hair cells)가 배열되어 있다(그림 2). 이 신호는 중추신경계에서 전기적 자극으로 변환된다.[24] 따라서 몸과 머리에 있는 유모세포(그림 3과 4)는 감각 입력을 뇌로 전달하고, 뇌는 이 정보를 몸 전체의 조직과 근육(예: 턱, 지느러미, 꼬리)으로 다시 전달한다.

그림 3. 발생 15일차 티나자 동굴물고기 유생의 신경 회로와 신경소구의 분포. 축삭(axons)과 말단 유모세포(hair cells, 노란색)를 보여주는 오른쪽 전면도. 원형의 섬모 패치는 오른쪽 후각망울(olfactory bulb)을 표시하고 있다. <Image credit: Confocal laser scanning micrograph by Michael J. Boyle>

지표면물고기에 비해 어린 동굴물고기, 성체 동굴물고기 모두 머리 부위(전측선)에 수 배 더 많은 표층 신경소구들을 갖고 있으며[23, 25, 26], 도관에 있는 신경소구와 표층에 있는 신경소구들 모두 더 크고, 더 많은 감각 유모세포들을 포함하고 있다.[25] 이러한 증가는 어두운 동굴 서식지에서 "물 교란의 근원을 향해" 유영하는 동굴물고기에서 관찰되는 진동 끌림(vibrational attraction) 행동과 직접적으로 연관되어 있다.[26]

동굴물고기는 번식 중에 배우자를 찾고, 장애물을 피하고, 먹이를 잡기 위해 측선을 사용한다.[26, 27] 더욱 흥미로운 점은 망막이 변성되기 전에 유생의 머리와 몸통에서 신경소구들이 발달한다는 것이다.[28, 29] 이는 초기 신경소구 발달 시기에 아스티아낙스 멕시카누스 유생의 시력 상실에 대한 적응 감각을 보상적으로 제공하는 것을 "예상"하고 있다는 것을 의미한다.

동굴물고기만이 동굴에 사는 유일한 동물은 아니다. 유사한 형질 적응을 보이는 다른 혈거동물로는 귀뚜라미, 거미, 지네, 편형동물, 달팽이, 도롱뇽 등이 있다. 전통적인 세계관에서 볼 때, 다양한 체형에 걸쳐 유사한 형질이 나타나는 것은 진화적 수렴으로, 즉 공통조상을 갖지 않고 있는 생물군들이 공통 환경에 대해 유사한 반응을 보였다고 해석한다.

그림 4. 발생 15일차 티나자 동굴물고기 유생의 머리 오른쪽, 왼쪽, 그리고 등쪽에 있는 신경소구들(neuromasts). 축삭, 말단유모세포, 후각망울(노란색), 근조직의 액틴 섬유(빨간색)가 보인다. <Image credit: Confocal laser scanning micrograph by Michael J. Boyle>

하지만 아스티아낙스 멕시카누스 동굴물고기와 지표면물고기는 서로 교배가 가능한 물고기 집단에 속한다는 점을 기억해야 한다. 둘은 같은 종이다! 이는 놀라운 사실인데, 왜냐하면 기존의 동굴물고기 집단에서 아스티아낙스 멕시카누스 내에서 퇴행적 변화(눈의 상실, 색소 침착, 무리 짓기, 공격성, 일주기 리듬)들과 건설적 변화(턱, 이빨, 미뢰, 후각망울, 지방 저장, 인슐린 저항성, 측선 확장)들이 모두 수렴진화되었다고 주장되고 있기 때문이다.[9, 10] 동굴물고기가 지표면물고기에서 수백만 년 전에 분화되었든[8], 아니면 불과 수천 년 전에 분화되었든[30], 아스티아낙스 멕시카누스의 모든 변종들은 하나의 종인 것이다. 수렴진화의 정의에 의하면, 이것들은 수렴진화를 통해 결코 생겨날 수 없다. 두 가지를 모두 가질 수는 없는 것이다!

또 다른 설명이 있다. ICR은 생물들의 적응 기원과 전개에 대해 독특한 관점을 갖고 있다.[6] 아스티아낙스 동굴물고기(Astyanax cavefish)에는 지하 환경의 자극에 반응하여 능동적으로 전개되는, 사전에 프로그램된 통합된 조정 시스템이 내장되어 들어있었다는 것이다. 다른 모든 생물들과 마찬가지로, 이 물고기는 다양한 환경 변수를 지속적으로 추적하고, 여러 수준(예: 생화학적, 유전적, 세포적, 생리적)에서 이러한 변수를 평가하며, 스스로 조정한다. 우리는 이 과정을 연속환경추적(continuous environmental tracking, CET)으로 모델화 하고 있다.[31]

경이로운 공학

우리는 동굴물고기와 동굴에 적응한 필수적인 다양한 (동굴형) 몸체 구조가 석회암 동굴 환경에 처음 진입한 후, 한 두 세대 안에 기능하게 될 것으로 예측한다. 따라서 이들의 해부학적, 생리적, 행동적 적응은 신속하고, 반복 가능하며, 가역적일 것이다. 어떤 경우이든 생물체는 모든 적응적 변화를 통제하며, 환경(자연)은 창의적이거나 독창적인 힘을 갖고 있지 않다.

따라서 모든 생물체에 그러한 잠재력을 부여하신 창조주는 오직 한 분, 주 예수님이시며, 그분은 동굴물고기들이 전 세계적으로 거의 동일한 기능을 보이는 이유와 방법에 대한 가장 권위 있는 설명을 제공한다.[32] 따라서 수렴진화라는 신화는 유사한 환경적 도전에 대한 발달적으로 통합된 해결책을 제시하는 신성한 공학에 의해 베일이 벗겨지고 있는 것이다. 그러한 적응 잠재력을 창조하실 수 있는 능력을 가지신 공학자는 오직 한 분 뿐이시다.

“창세로부터 그의 보이지 아니하는 것들 곧 그의 영원하신 능력과 신성이 그가 만드신 만물에 분명히 보여 알려졌나니 그러므로 그들이 핑계하지 못할지니라" (로마서 1:20).

References

1. Keller, E. F. and E. A. Lloyd. 1992. Keywords in Evolutionary Biology. Cambridge, MA: Harvard University Press, 3–4.

2. Urry, L. A. et al. 2017. Campbell Biology. London, UK: Pearson Education, Inc.

3. Lawrence, E. 2016. Henderson’s Dictionary of Biology, 16th ed. London, UK: Pearson Education, Inc.

4. Herron, J. C. and S. Freeman. 2014. Evolutionary Analysis, 5th ed. London, UK: Pearson Education, Inc.

5. Warren, W. C. et al. 2021. A Chromosome-Level Genome of Astyanax mexicanus Surface Fish for Comparing Population- Specific Genetic Differences Contributing to Trait Evolution. Nature Communications. 12, article 1447.

6. Boyle, M. J. et al. 2023. Testing the Cavefish Model: An Organism-Focused Theory of Biological Design Biological Design. Proceedings of the International Conference on Creationism 9, article 78: 654.

7. Wilkens, H. and U. Strecker. 2003. Convergent Evolution of the Cavefish Astyanax (Characidae, Teleostei): Genetic Evidence from Reduced Eye-Size and Pigmentation. Biological Journal of the Linnean Society. 80 (4): 545–554.

8. Gross, J. B. 2012. The Complex Origin of Astyanax Cavefish. BMC Evolutionary Biology. 12, article 105: 1–12.

9. Jeffery, W. R. 2020. Astyanax Surface and Cave Fish Morphs. EvoDevo. 11, article 14.

10. Jeffery, W. R. 2001. Cavefish as a Model System in Evolutionary Developmental Biology. Developmental Biology. 231 (1): 1–12.

11. Berning, D., H. Heerema, and J. B. Gross. 2024. The Spatiotemporal and Genetic Architecture of Extraoral Taste Buds in Astyanax Cavefish. Communications Biology. 7, article 951.

12. Rétaux, S., K. Pottin, and A. Alunni. 2008. Shh and Forebrain Evolution in the Blind Cavefish Astyanax mexicanus. Biology of the Cell. 100 (3): 139–147.

13. Rétaux, S. and D. Casane. 2013. Evolution of Eye Development in the Darkness of Caves: Adaptation, Drift, or Both? EvoDevo. 4 (26): 1–12.

14. Hinaux, H. et al. 2016. Sensory Evolution in Blind Cavefish Is Driven by Early Embryonic Events during Gastrulation and Neurulation. Development. 143 (23): 4521–4532.

15. Tang, J. L. et al. 2018. The Developmental Origin of Heart Size and Shape Differences in Astyanax mexicanus Populations. Developmental Biology. 441 (2): 272–284.

16. Boggs, T. E., J. S. Friedman, and J. B. Gross. 2022. Alterations to Cavefish Red Blood Cells Provide Evidence of Adaptation to Reduced Subterranean Oxygen. Scientific Reports. 12, article 3735.

17. Xiong, S. et al. 2018. Early Adipogenesis Contributes to Excess Fat Accumulation in Cave Populations of Astyanax mexicanus. Developmental Biology. 441 (2): 297–304.

18. Medley, J. K. et al. 2022. The Metabolome of Mexican Cavefish Shows a Convergent Signature Highlighting Sugar, Antioxidant, and Ageing-Related Metabolites. Elife. 11: e74539.

19. Olsen, L., E. Thum, and N. Rohner. 2021. Lipid Metabolism in Adaptation to Extreme Nutritional Challenges. Developmental Cell. 56 (10): 1417–1429.

20. Riddle, M. R. et al. 2018. Insulin Resistance in Cavefish as an Adaptation to a Nutrient-Limited Environment. Nature. 555 (7698): 647– 651.

21. Krishnan, J. et al. 2022. Liver-Derived Cell Lines from Cavefish Astyanax mexicanus as an In Vitro Model for Studying Metabolic Adaptation. Scientific Reports. 12, article 10115.

22. The raw images for Figures 2–4 were produced in The William B. Dean, MD Imaging Center of the Institute for Creation Research.

23. Rodriguez-Morales, R. 2024. Sensing in the Dark: Constructive Evolution of the Lateral Line System in Blind Populations of Astyanax mexicanus. Ecology and Evolution. 14 (4): e11286.

24. D’Angelo, L. et al. 2016. Anatomical Features for the Adequate Choice of Experimental Animal Models in Biomedicine: I. Fishes. Annals of Anatomy-Anatomischer Anzeiger. 205: 75–84.

25. Lunsford, E. T. et al. 2022. Evolutionary Convergence of a Neural Mechanism in the Cavefish Lateral Line System. Elife. 11: e77387.

26. Yoshizawa, M. et al. 2010. Evolution of a Behavioral Shift Mediated by Superficial Neuromasts Helps Cavefish Find Food in Darkness. Current Biology. 20 (18): 1631–1636.

27. Lloyd, E. et al. 2018. Evolutionary Shift Towards Lateral Line Dependent Prey Capture Behavior in the Blind Mexican Cavefish. Developmental Biology. 441 (2): 328–337.

28. Alunni, A. et al. 2007. Developmental Mechanisms for Retinal Degeneration in the Blind Cavefish Astyanax mexicanus. Journal of Comparative Neurology. 505 (2): 221–233.

29. Sarrazin, A. F. et al. 2010. Origin and Early Development of the Posterior Lateral Line System of Zebrafish. Journal of Neuroscience. 30 (24): 8234–8244.