성(性, Sex)이 존재 하는 이유 (1) "생물학적 미스터리의 길"

문광주 기자 / 기사승인 : 2022-01-27 17:07:37
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- 아마존 민물 물고기(Poecilia formosa), 암컷만 알려져 있는데 최근 무성 생식 도입
- 진화론적 생물학적 관점:유성 재생산은 행위 자체의 단기적 재미 제외하고 장점 없어
- 에너지를 소모하고 파트너가 구애나 짝짓기 할 때 포식자에게 잡아먹힐 위험
- 무성 생식에서 개체의 모든 구성원이 자손을 낳고 완전한 게놈을 다음 세대에 전달

성(性, Sex)이 존재 하는 이유, 생물학적 미스터리의 길

곤충, 꽃, 포유류 등 거의 모든 다세포 생물은 성을 통해 번식한다. 그들 중 소수만이 영구적으로 무성애자다. 언뜻 보기에 정상으로 보이는 것이 다윈 시대부터 생물학자들에게는 미스터리였다. 진화론적 관점에서 유성생식에는 큰 단점이 있다. 그런데 왜 유성 생식은 그렇게 지배적이 됐을까?
섹스가 강력한 추진력이고 행위가 쾌감을 준다 하더라도 생물학적 관점에서 유성 생식은 최적이 아니다. 왜냐하면 무성 유기체가 훨씬 빠르고 효율적으로 번식하기 때문이다. 그렇다면 왜 유성 생식이 자연에서 압도적으로 지배적인가?
가설은 100년 이상 존재했지만 어느 것이 옳고 걸림돌이 어디에 있는지는 최근에야 명백해졌다. 

▲ 유성 생식은 동물과 식물의 표준이다. 무성생식이 훨씬 효율적인데도 그렇다. 왜? © macroworld/ 게티 이미지


성(性)의 발전, 성적 재생산의 승리


태초에 성은 없었다. 최초의 세포는 단순한 세포 분열로 증식했다. 초기 세포에서 유전적으로 동일한 두 개의 딸세포, 즉 모세포의 클론이 생성된다. 이 무성 생식의 성공은 특히 박테리아에 의해 입증됐다. 박테리아는 생명의 가계도에서 가장 많은 종을 가지고 있다.

성적 재생산이 지배적


그럼에도 불구하고, 자연은 세포핵 생물의 발명 이후 이 성공적인 번식 전략을 거의 완전히 포기한 것 같다. 거의 모든 진핵 생물에서 유성 생식이 이제 표준이다. 식물계에서 이것은 모든 종의 99.9%에 적용된다. 동물의 경우 그 비율이 훨씬 더 높다. 모든 동물 종 1천 개 중 1개만 성을 갖지 않고 무성 생식만 한다.

이러한 이국적인 종의 예로 아마존 물고기(Poecilia formosa)가 있다.
텍사스와 멕시코 사이의 국경 지역에서 서식하는 이 민물고기는 암컷만 알려져 있다. 그들은 자신의 유전적 클론을 생산하고 산 채로 낳음으로써 번식한다. 그러나 이 물고기는 비교적 최근에 무성 생식을 도입했다. 이 종은 약 10만~20만 년 전에 밀접하게 관련된 두 종을 교배해 생겨났다. 

▲ 아마존 튜닉(Poecilia formosa)에 대해 알려진 수컷은 없다. 출처: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pofor_u0.gif

일시적으로만 무성애자


다른 무성 종들도 진화 생물학의 관점에서 매우 어리거나 큰 간격으로 유성 생식을 반복적으로 삽입해 "속임수"를 한다. 이것은 무엇보다도 일부 유형의 곰팡이뿐만 아니라 중남미에서 발생하는 개미 종 Mycocepurus smithii에도 적용된다. 이 곰팡이가 자라는 종은 수컷이 야생에서 발견된 적이 없기 때문에 오랫동안 완전히 무성으로 여겨져 왔다. 실험실에서 번식해도 이 종의 여왕개미가 수컷을 낳는 데 실패했다.

불과 몇 년 전 생물학자들은 이 종의 개미가 때때로 유성 생식을 한다는 증거를 발견했다. 따라서 오랫동안 의심되었던 것처럼 모든 수컷을 영구적으로 없애지는 않았다. 드물게 특별한 상황에서만 발생하는 유사한 "비밀의" 교미 전략은 페니실린 생산물질 Penicillium chrysogenum을 비롯한 여러 유형의 곰팡이에서도 사용된다. 2013년이 되어야 연구자들은 이 곰팡이가 순전히 무성생식이 아니라 유성으로도 번식할 수 있다는 것을 증명했다.

 

위험한 섹스, 부작용


이것은 부모의 유전 물질의 조합을 통한 유성 생식이 오늘날 자연의 규범이며 어쩌면 필수 불가결한 것임을 분명히 한다. 하지만 왜?
생물학자들은 다윈 시대부터 이 질문에 대해 숙고하고 토론했다. 진화론적 생물학적 관점에서 유성 재생산은 행위 자체의 단기적 재미를 제외하고는 장점이 거의 없는 것 같다. 

▲ 구애 중인 나무 뇌조, Styria Austria https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Auerhahn-balz.jpg

어려움은 짝짓기 파트너를 찾는 것으로 시작된다. 동물들은 때때로 기회를 얻기 위해 정교한 구애와 짝짓기 의식을 수행한다. 이것은 에너지를 소모하고 종종 파트너가 구애나 짝짓기를 할 때 포식자에게 놀라서 잡아먹힐 위험에 빠진다. 성행위도 위험하다. 질병과 기생충에 전염될 위험이 있다.

기타 단점
번식 성공 및 다음 세대로의 유전자 전달 측면에서 유성 종에도 상당한 단점이 있다.
인구의 절반만이 자손을 낳을 수 있다. 수컷은 정자를 제공하지만 자녀는 없다. 또한 각 개인은 유전자의 절반만 다음 세대에 전달한다.

반면에 무성 생식에서는 개체의 모든 구성원이 자손을 낳고 완전한 게놈을 다음 세대에 전달한다. 따라서 무성 생명체의 개체군은 유성 생식을 하는 개체군보다 훨씬 빠르게 성장한다. 웁살라 대학의 유전학자이자 생태학자인 데이빗 버거는 "그래서 가장 큰 문제는 양성애 번식이 진화한 이유와 수컷이 왜 존재하는가 하는 것"이라고 말했다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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