계통수 한 장으로 생명의 관계를 읽다

지난 시간에는 다인자유전·연관·교차·불완전우성·공동우성으로 실제 유전 자료가 단순하지 않은 까닭을 살펴보았습니다. 오늘은 유전 정보와 구조 자료를 이용해 생물들 사이의 관계를 그려 봅니다.

생물학자들은 오래전부터 "이 생물과 저 생물은 얼마나 가까운 친척일까?"라는 질문을 품어 왔습니다. DNA 해독 기술이 발전하면서 그 질문에 답하는 방법이 훨씬 정밀해졌고, 지금은 구조 자료와 분자 자료를 함께 비교해서 가계도처럼 생긴 그림 한 장으로 정리합니다. 그 그림이 바로 계통수입니다.

이 글은 고2 생명과학II 시리즈의 다섯 번째 글입니다.

관계를 나무처럼 읽기#

생물 사이의 진화 관계를 가지와 마디로 나타낸 그림을 계통수(생물 사이의 진화 관계를 가지와 마디로 나타낸 그림)라고 합니다.

공통조상에서 서로 다른 계통으로 갈라지는 일을 분기(공통조상에서 서로 다른 계통으로 갈라지는 일)라고 합니다.

계통수에서 마디는 분기 지점을, 가지는 그 뒤 이어지는 계통을 나타냅니다. 주의할 점이 있습니다. 계통수의 가지 끝에서 오른쪽에 있는 생물이 왼쪽보다 "더 좋은" 생물이라는 뜻은 전혀 아닙니다. 계통수는 우열표가 아니라 친척 관계를 나타내는 도식입니다.

증거를 서로 맞추기#

계통 관계를 판단할 때 하나의 증거만으로는 부족합니다. 과학자들은 크게 두 가지 증거를 살펴봅니다.

공통조상에서 온 구조나 유전 정보가 서로 대응되는 성질을 상동성(공통조상에서 온 구조나 유전 정보가 서로 대응되는 성질)이라고 합니다. 사람의 팔뼈와 박쥐의 날개뼈, 고래의 지느러미뼈가 서로 대응되는 구조를 가지는 것이 상동성의 대표적인 예입니다. 겉모습이 비슷하다고 해서 반드시 상동성이 있는 건 아닙니다. 겉모습 유사성(수렴진화)과 상동성은 구분해야 합니다.

DNA나 단백질 변화량으로 분기 시점을 추정하는 방법을 분자시계(DNA나 단백질 변화량으로 분기 시점을 추정하는 방법)라고 합니다. 분자시계는 DNA 또는 단백질이 일정한 속도로 변화한다는 가정 위에 서 있습니다. 그래서 변화량이 클수록 분기 시점이 오래됐다고 추정합니다. 단, 변화 속도가 항상 일정하지는 않기 때문에 모델 한계도 함께 인식해야 합니다.

형질로 가지를 고르기#

증거를 모았다면 이제 어떤 가지 배열이 가장 그럴듯한지 고를 차례입니다. 여기서 쓰는 단서가 파생형질입니다.

특정 계통에서 새로 나타나 관계 판단에 쓰이는 형질을 파생형질(특정 계통에서 새로 나타나 관계 판단에 쓰이는 형질)이라고 합니다. 예를 들어 네 다리(사지)가 파생형질로 인정된다면, 네 다리를 공유하는 생물들이 그 파생형질을 기준으로 같은 가지에 묶일 수 있습니다.

파생형질 하나만으로 모든 관계를 단정 지으면 안 됩니다. 여러 형질, 여러 증거를 함께 비교해야 합니다.

헷갈리기 쉬운 점#

계통수 단원에서 자주 틀리는 개념을 정리합니다.

• 계통수는 우열표가 아닙니다. "오른쪽 생물이 더 진화했다"는 표현은 잘못된 해석입니다.
• 분기는 갈라짐입니다. 분기 후 두 계통은 모두 공통조상에서 출발한 것입니다.
• 상동성은 겉모습 비슷함이 아닙니다. 기능과 모양이 달라도 같은 조상 구조에서 왔으면 상동성이 있습니다.
• 분자시계는 추정 모델입니다. 완벽한 시계가 아니라 가정 위에 서 있는 방법입니다.
• 파생형질 하나로 단정하지 않습니다. 여러 증거를 종합해서 판단합니다.