[강신종 쌤의 '재미있는 과학이야기' (34)] 변이와 다양성 (하)

생물들은 주어진 환경에서 생존경쟁을 벌이죠
적응력이 뛰어난 개체는 번성하고 진화해요

다윈의 자연선택

예를 들면 집단 내에 기린의 목 길이는 다양하게 존재하였을 것이다. 목이 긴 기린은 나무의 높은 곳에 있는 먹이를 먹기 수월하였기 때문에 생존 경쟁에 유리하였을 것이며, 목의 길이가 짧은 기린은 도태되었을 것이다. 경쟁에서 유리한 목이 긴 기린들이 자손을 더 많이 남기면서 기린 목의 길이에 유전적 변이가 나타났으며 목이 긴 기린의 개체수가 점점 많아져 현재 기린의 목 길이가 되었다.

변이는 “같은 종의 생물 개체에서 나타나는 서로 다른 특성”이다. 같은 종(species)의 생물이라고 모두 똑같은 모양은 아니며, 저마다 약간은 다른 비슷한 모양을 하고 있다. 변이는 비유전적 변이와 유전적 변이 두 종류로 구별할 수 있다. 이 둘의 가장 큰 차이는 “형질이 자손에게 유전되는가, 혹은 유전되지 않는가”이다. 형질이 자손에게 유전되는 유전적 변이의 예는 혈액형, 머리카락 색 등이 있다. 반면 태국 북부와 미얀마 내륙지역의 소수 민족인 카렌족 여인의 목 길이 변화는 비유전적 변이의 예로 볼 수 있다.

다윈 이전의 진화론

변이와 자연선택으로 진화를 설명할 수 있다. 사전에서 진화(進化)는 “생물이 생명의 기원 이후부터 점진적으로 변해 가는 현상”이라 한다. 여기서 “변해 가는 현상”은 환경의 변화에 적응해 가는 과정을 의미하며 이를 통해 새로운 종이 형성되는 과정이기도 하다.

다윈 이전의 진화설로는 라마르크(Jean-Baptiste Lamarck)의 ‘용불용설(用不用說)’이 대표적이다. 그는 “생물에는 환경에 대한 적응력이 있어, 자주 사용(用)하는 기관(器官)은 발달하고 그렇지 않은(不用) 기관(器官)은 퇴화가 되며, 그 결과 기관의 변화는 번식에 의해 자손에게 전해진다. 즉 살아가면서 얻은 형질을 자손에게 물려줄 수 있다”고 하였다. 그러나 멘델(Gregor Mendel)에 의해 “획득형질이 유전되지 않는다”는 것이 증명되어 현재는 인정받지 않는다. 하지만 종의 다양성이 생기는 이유를 체계적으로 설명하였다.

다윈 이후의 진화설로는 첫째 생식세포에서 일어난 변이가 자손에게 유전된다는 ‘생식질 연속성’, 둘째 네덜란드의 과학자인 더프리스(Hugo de Vries)가 달맞이꽃을 대상으로 연구해 발표한 ‘돌연변이설’이 있다. 돌연변이설은 새로운 종의 출현 과정을 “염색체나 유전자의 변화로 없던 형질이 갑자기 출현하여 새로운 종이 형성되어 진화한다”고 설명한다. 하지만 돌연변이는 극히 드물게 발생하며 생존에 불리한 방향으로 일어난다는 한계점이 있다. 세 번째, 독일의 과학자 바그너(M. F. Wagner)가 주장한 ‘격리설’은 호주의 캥거루 등과 같이 산맥, 바다 등 지리적으로 오랜 시간 격리되어 있었다면 서로 다른 종으로 진화한다는 내용이다. 이외에도 ‘정량 진화설’, ‘교잡설’ 등이 있다. 또한 ‘현대의 진화론’은 기존의 자연선택설을 중심으로 한 생물의 진화를 유전(heredity)과 연관시켜 종합적으로 설명하는 학설로, 진화의 단위를 기존의 개체에서 집단으로 본다는 것이 차이점이다.

약육강식이 아닌 환경에 적응하기

지질시대 환경 변화에 따른 변이와 자연선택에 의한 진화를 하여 왔으며, 그 결과 지구상에 수많은 종류의 식물과 동물들이 살고 있다. 하지만 우월하고 강한 동식물들이 살아남은 것이 아니라 환경 변화에 잘 적응한 동식물들이 살아남아 현재 살고 있는 것이며 이를 설명하는 이론이 진화(進化)인 것이다.

◆이 글은 고등학교 1학년 학생들이 읽기 쉽도록 통합과학 교과서 내용을 중심으로 구성됐습니다. 이번 호에는 교과서 III 단원인 ‘변화와 다양성’ 중에서 생명의 다양성을 이야기하려 합니다. “변이와 자연선택에 의한 진화의 원리를 이해하고, 항생제나 살충제에 대한 내성세균의 출현을 추론할 수 있다”라는 성취 기준을 중심으로 변이와 자연선택에 의한 진화를 설명합니다.

용화여고 교사