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- 19세기 중반에 유전자, 염색체, 유전의 기초가 알려지지 않았다.
- 멘델은 완두콩의 모든 특성을 개별 식물과 독립적으로 조사한 개별 특성에 집중
- 총 2만8000개 이상 완두콩 식물 재배, 355개 교배에서 총 1만2980개의 잡종 자손 생산
- 일반적인 접근 방식과 대조적으로 Mendel은 그의 결과를 수학적 통계적 방식으로 분석

왜 식물 육종인가?
멘델이 실험에 대한 동기를 얻은 곳

성직자가 완두콩으로 번식 실험을 하는 이유가 무엇일까?
언뜻 보기에 이것은 잘 수긍이 안된다. 그러나 멘델은 평범한 성직자가 아니었고 그의 수도원은 순전히 영적인 곳이 아니었다. 그의 과학적 훈련과 수도원의 강력한 원예-농업 지향은 실험을 위한 최상의 조건을 제공했다. 

▲ 멘델의 시대에는 식물이 어떻게 수정되었는지, 그리고 다음 세대에 꽃가루 튜브(여기서는 백합에서)와 배낭이 차지하는 비율에 대해 논란이 있었다. © eutr0nics/ CC-by-sa 3.0

기초없는 식물 육종

또 다른 동기가 있었다. 그 당시 식물 육종은 지식이 적고 좌절이 많았다. 육종가들은 교배를 통해 새로운 품종을 만들려고 시도했지만 결과로 나온 잡종이 계속해서 새로운 형질을 잃어버리는 이유를 설명할 수 없었다. "대부분의 동물 및 식물 육종가는 자신의 지역에서 개발했거나 다른 사람에게서 채택한 다양한 경험 법칙에 따라 일했다"라고 세인트루이스에 있는 워싱턴 대학의 Garland Allen은 설명했다. "일반적으로 적용되는 우선 적용되는 규칙이 없는 일종의 공예품이었다.“

19세기 중반에 유전자, 염색체, 유전의 기초가 알려지지 않았기 때문에 명백하게 불규칙한 번식 결과는 수수께끼로 남아 있었다. Allen은 "생물학자들, 특히 독일어권 국가에서는 유전 인자를 특수한 입자나 분자로 상상하는 것이 매우 일반적이었다"라고 말했다. "그러나 대부분의 이러한 이론의 문제는 관찰에 거의 의존하지 않고, 실험에 거의 또는 전혀 의존하지 않는 매우 추측적이라는 것이었다.“

수정에 대한 논쟁

고등 식물에서 수정이 어떻게 일어났는지에 대한 질문도 뜨겁게 토론됐다. 일부 박물학자들은 식물에서도 모계와 부계 세포의 융합을 가정했지만, 영향력 있는 식물학자인 야콥 쉴라이덴(Jacob Schleiden)의 지지자들은 다른 견해를 취했다. 이에 따르면 암컷 식물의 배낭은 수컷 꽃가루 관의 외피를 형성했을 뿐 그 자체로는 새로운 식물 생성에 크게 기여하지 못했다.

이 논쟁은 또한 멘델에게 직접적인 영향을 미쳤을 수 있다. 그의 식물학 시험관이 Schleiden의 추종자였고 Mendel이 시험에서 그의 견해와 모순되었기 때문에 멘델은 비엔나에서 그의 교사 시험에 떨어졌다는 역사적 추론이 있기 때문이다. 따라서 독일 유전학자 Rudolf Hagemann은 이 갈등이 멘델에게 번식 시도에 대한 추가적인 동기를 제공했다고 생각할 수 있다.

"비엔나에서 실시한 테스트에서 안좋은 결과가 나온 후 비교적 얼마 지나지 않아 멘델이 심사관의 견해에 반해 비엔나 테스트에서 주장한 것을 증명하기 위해 상응하는 실험을 시작했다는 것은 충분히 이해할 만해 보인다. 같은 방식으로 자손의 특성을 결정한다”라고 Hagemann은 말했다. 수도원 정원과 그곳에서 이미 여러 품종으로 재배된 완두콩은 멘델에게 최고의 조건을 제공했다.

수도원 정원에서 완두콩 세기, 멘델의 번식 실험이 특별한 이유

Gregor Mendel의 완두콩 육종 실험은 그 결과와 그로부터 도출된 결론 때문에 획기적인 것 뿐만이 아니다. 멘델이 실험을 계획하고 평가하는 방식에서 그는 여러 면에서 시대를 앞서갔다. 

▲ 멘델은 교배 실험을 위해 완두콩의 7가지 특성을 선택했다. © Mariana Ruiz LadyofHats / CC0, The Science plus

상속 가능한 단위로서의 특성
첫 번째 특징은 완두콩의 품종과 특성 선택에 관한 것이다. 학식 있는 수도사가 먼저 적합한 완두콩 품종을 선택하고 가능한 한 순수한 계통으로 육종하는 데 2년을 보냈다. 그는 34가지 다른 품종으로 시작했으며 그 중 22가지를 시비 시험에 사용할 후보로 선정했다. 가능한 한 동형 모식물을 얻기 위해 각 품종에 대해 모든 자손이 실제로 부모 세대를 닮는지를 확인했다.

그 후 멘델은 그의 전임자 및 동시대 사람들과 결정적으로 다른 단계에 이르렀다. 멘델은 완두콩의 모든 특성을 하나의 단위로 보는 대신 개별 식물과 독립적으로 조사한 개별 특성에 집중했다. 이를 통해 그는 교차가 식물의 나머지 부분과 관계없이 이러한 개별 특성에 대해 무엇을 하는지 구체적으로 이해할 수 있었다. Mendel은 꽃 색깔, 완두콩 색깔과 모양, 완두콩 꼬투리 모양과 색깔을 포함하여 각각 두 가지 변이가 있고 쉽게 구별할 수 있는 7가지 형질을 선택했다.

그의 실험에서 Mendel은 이러한 특성 중 하나에서 다른 특성을 가진 완두콩 식물을 교배했다. 예를 들어 흰색 꽃식물과 보라색 꽃식물을 교배했다. 식물이 스스로 수분하는 것을 방지하기 위해 그는 개별꽃의 수술을 제거하고 손으로 수분을 시켰다. 그는 또한 통제되지 않는 교차 수분을 방지하기 위해 꽃을 덮었다.

수학적 및 통계적 관점

Mendel 연구의 두 번째 큰 특징은 그가 실험을 계획하고 평가한 방식이다.
멘델은 테스트 시리즈를 위해 총 28,000개 이상의 완두콩 식물을 재배했으며 355개 교배에서 총 1만 2980개의 잡종 자손을 생산했다. 수도사는 새로 건널 때마다 부모의 특성이 딸 세대에 나타나는 형태와 양을 세심하게 평가했다. 그런 다음 그는 이 딸 세대와 다시 표적 교차를 수행했다.

식물 육종에서 당시의 일반적인 접근 방식과 대조적으로 Mendel은 그의 결과를 수학적 통계적 방식으로 분석했다. 그는 거의 추상적인 방식으로 문자와 수학 공식을 사용하여 상속 프로세스를 설명했다. 일부 과학자들에 따르면 이것은 멘델의 동시대인, 특히 식물학자들이 1866년에 발표된 그의 전문 기사를 무시하거나 거부하거나 단순히 이해하지 못했다는 사실에 기여했을 수 있다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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