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- 진화생물학 분야에서 진행 중인 논쟁에 대한 합의점 탐색
- 찰스 다윈(1809~1882)은 현대 진화생물학의 창시자,1859년 작품 '종의 기원'에서 그는 생명의 다양성을 조사한 후 종은 자연 선택을 통해 진화한다는 결론에 도달
- 100년 후, 일본의 유전학자 기무라 모토오(1924~1994)는 생물다양성의 다른 기원, 즉 우연을 제안

진화는 우연인가?
진화생물학 분야에서 진행 중인 논쟁에 대한 합의점 탐색

해결되지 않은 질문:
과학은 수십 년 동안 어떤 과정이 진화를 주도하는지에 관심을 가져왔다. 오늘날까지 진화생물학은 종들 사이의 특정 차이가 자연 선택에 의해 발생하는지, 아니면 우연에 의해 발생하는지에 대한 문제를 놓고 분열되어 있다. 이제 국제 연구자 팀이 한 조사 연구에서 진화론의 이 두 가지 변종에 대한 과학적 논쟁을 조사했다. 따라서 다양한 해석으로 인해 합의가 더욱 어려워지지만, 입장이 완전히 양립할 수 없는 것은 아니다. 

▲ 적응으로 인해 기린, 여기 케냐의 마사이 기린의 털 패턴에 약간의 차이가 있을까, 아니면 생존에 이점을 제공하지 않을까? 새로운 문헌 검토는 진화 생물학의 건설적인 토론에 기여하는 것을 목표로 한다. © Peter Prokosch

영국의 박물학자 찰스 다윈(1809~1882)은 세계에서 가장 중요한 자연 과학자 중 한 사람이자 현대 진화생물학의 창시자로 여겨진다. 1859년 작품 '종의 기원'에서 그는 생명의 다양성을 조사한 후 종은 자연 선택을 통해 진화한다는 결론에 도달했다. 즉, 환경에 잘 적응한 유기체는 생존하지만 다른 유기체는 그렇지 않다.

100년이 흐른 뒤, 일본의 유전학자 기무라 모토오(1924~1994)는 생물다양성의 다른 기원, 즉 우연을 제안했다. 대부분의 유전적 변화는 개인에게 직접적인 이점이나 단점을 제공하지 않고 중립적이다. 1968년에 출판된 그의 "분자 진화의 중립 이론"에 따르면, 종 내에서 그리고 종들 사이에서 대부분의 유전적 변이는 중립 돌연변이의 무작위 변동에서 발생한다.

이론은 양립할 수 있는가?

진화생물학에서는 이 두 가지 관점에 대해 "선택론자"와 "중립주의자" 사이에 수십 년 동안 논쟁이 벌어졌다. 두 이론이 실제로 서로 모순되는가? 그렇다면 어떤 점에서 그런가? 아니면 서로 호환이 되는가?

프랑크푸르트의 Senckenberg 생물다양성 및 기후 연구 센터의 Menno de Jong이 이끄는 연구팀은 이제 이 문제를 조사했다. 연구자들은 논쟁에 관한 광범위한 문헌을 분석하고 핵심 내용과 주요 논쟁점에 대한 개요를 발표했다.

다양한 해석 가능

중립 이론은 다양한 방식으로 해석될 수 있는 여러 측면을 포함하고 있다. 이러한 모호함 중 가장 심각한 것은 유기체의 눈에 보이는 특성, 즉 표현형의 발달과 관련이 있다. 게놈 수준의 수많은 중립 돌연변이는 종 내(內) 및 종 간(間)의 표현형 차이도 중립적이라는 것을 의미할까? 아니면 다윈이 믿었던 것처럼 자연 선택의 결과일까?

De Jong과 그의 동료들이 강조한 것처럼 "중립주의자" 내에서도 이에 대한 의견이 다르다. 어떤 사람들은 중성 돌연변이가 게놈의 비암호화 부분, 예를 들어 생명체의 출현에 영향을 미치지 않는 소위 "정크 DNA"에서만 발생한다고 주장한다. 다른 사람들은 중성 돌연변이가 게놈의 기능적 부분(예: 유전자)에서도 발생하여 표현형에 차이가 발생할 수 있다고 생각한다.

▲ 중립 이론과 중립주의-선택주의 논쟁에 대한 도식적 개요. 녹색 텍스트는 중립 가설을 지지하는 주장을 나타내고, 빨간색 텍스트는 반대 견해를 나열한다. 표시된 주장은 단백질 진화의 중립 가설(즉, 적응성 아미노산 치환의 비율)과 관련이 있다. 이 그림에는 침묵 및 비암호화 치환의 확산과 같은 DNA 진화의 중립 가설(즉, 적응성 뉴클레오티드 치환의 비율)과 관련된 주장이 포함되어 있지 않다. 주장의 타당성은 정화 선택을 인정하는 수정된 중립 가설을 기준으로 평가된다. (출처:관련논문 Moderating the neutralist–selectionist debate: exactly which propositions are we debating, and which arguments are valid? / Biological Review 24 August 2023)

기무라와 다윈은 서로 모순되나요?

다윈의 진화론의 맥락에서 그것은 무엇을 의미하는가? “첫 번째 입장은 자연 선택을 통한 다윈의 종분화 개념과 완전히 호환되는 반면, 두 번째 입장은 대안적인 설명을 제공한다”고 de Jong은 말했다. 그와 그의 팀은 이러한 다양한 해석을 중립 이론의 "좁은" 버전과 "확장된" 버전이라고 부른다. 왜냐하면 두 번째 경우에는 표현형까지 확장되기 때문이다.

“Kimura는 원래 좁은 버전을 옹호했지만 결국 확장된 버전을 받아들였다”고 de Jong은 설명한다. 그리고 다윈의 이론은 일부 사람들이 생각하는 것만큼 좁은 것이 아니었다. 그는 유익하지도 해롭지도 않은 변이가 시간이 지남에 따라 종 내외에서 눈에 띄는 차이로 나타날 가능성을 배제하지 않았다고 연구자들은 지적했다.

“중립주의자”는 근본적으로 중립적이지 않다.

De Jong과 그의 동료들은 또한 그들의 연구에서 기무라 지지자들조차도 다윈의 선택을 통한 진화론을 완전히 거부하지는 않는다는 점을 강조했다. 기본적으로 진화생물학에는 다윈을 반대하는 사람이 없다. “예를 들어 중립주의자들은 기린이 자연 선택을 통해 털에 얼룩을 갖게 되었다는 사실에 의문을 제기하지 않는다. 그들은 다양한 기린 종과 아종을 표시하는 점의 모양과 크기와 같은 미묘한 차이에 대해서는 중립성을 주장할 뿐이다”고 De Jong은 말했다.

다윈의 선택 이론과 기무라의 중립 이론의 좁은 버전의 지지자들은 각 기린의 털 패턴이 그 지역의 이점을 나타내기 때문에 그 지역 환경에 맞게 진화했다고 가정한다. 그러나 기무라 이론의 확장판을 따르는 중립주의자들은 이것이 반점 자체에만 적용되며 모피 착색의 세부적인 부분은 생존에 큰 이점이나 단점을 제공하지 않는다고 주장한다. 오히려 무작위적인 유전적 변화를 통해 발생했다.

세부 사항에 대한 분쟁은 곧 해결될 수 있다.

저자에 따르면, 이러한 모호함과 미묘함이 과학적 논쟁을 흐리게 하고 가정된 전선으로 이어졌지만 본질적으로 진화생물학자들은 동의한다. 일부 유전자 변화는 이를 보유하고 보존되어 진화를 주도하는 자들에게 이점이 있지만 다른 것들은 그렇지 않다. 공동 저자인 Senckenberg 생물다양성 및 기후 연구 센터의 Axel Janke는 "우리는 문헌 검토를 통해 중립 이론의 지지자와 반대자 사이의 보다 건설적인 토론에 기여하고 싶다"고 말했다.

새로운 방법을 사용하는 향후 연구는 진화의 세부 사항에 대한 명확한 명확성을 제공할 수 있다. “'중립 이론'이 1960년대 후반에 확립되었을 때는 단백질에 대한 데이터가 거의 없었다. 우리는 이제 단백질의 진화에 대해 완전히 새로운 통찰력을 제공하는 유전체학 시대에 도달했다”고 Janke는 설명했다. 전 세계의 수많은 이니셔티브는 점점 더 많은 게놈의 서열을 파악하고 이를 통해 점차적으로 진화의 비밀을 밝혀내는 데 도움을 주고 있다. 이를 통해 연구에서는 새로운 종이 형성되는 과정을 더 잘 이해할 수 있다.

예를 들어, 연구자들은 현대 기술을 사용하여 2022년에 게놈의 코딩 부분에서 중립적이라고 추정되는 유전자 변화가 결국 그다지 중립적이지 않을 수 있다는 사실을 발견했다. 유전자 돌연변이가 유전자에 의해 코딩된 단백질의 청사진을 변경하지 않더라도, 그것들은 여전히 ​​해로울 수 있고 생명체의 기능이나 외모를 바꿀 수 있다. 미래에 진화생물학자들은 항상 이와 같은 새로운 발견을 그들의 이론과 비교해야 하고, 필요하다면 "중립"이라는 용어를 더 명확하게 정의해야 할 것이다.
(Biological Reviews, 2023; doi: 10.1111/brv.13010)
출처: Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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