진화발생생물학

진화발생생물학은 다양한 동물과 식물의 발생과정을 비교하여 공통 조상에서부터 진화한 생물의 공통 요소와 변이를 연구하는 생물학의 한 분야이다.

진화발생생물학은 발생의 과정이 어떻게 진화했고, 유전의 과정에서 어떻게 변경되었으며, 그 결과 어떻게 생물 다양성이 형성되는지를 연구한다.

개요

발생 과정은 유전적으로 프로그램화 되어 있고 진화는 우연에 의한 결과이다. 진화생물학과 발생생물학은 서로 분리된 관계를 유지하여 오다가 20세기 초 융합되어 생물 종 사이의 발생 과정 비교가 진화의 증거로 이용되기 시작하였다. 이후 유전학의 발달로 두 학문 사이의 학제간 연구가 계속되어 왔으며 1980년대 진화발생생물학이 성립하게 되었다.

20세기 이후 생물학의 연구 분야는 크게 보아 자연사, 유전학, 발생생물학으로 구분될 수 있다. 1980년대 후반 시작된 진화발생생물학은 그동안 세분화되어 연구되었던 생물학의 제반 연구 분야를 진화와 발생을 축으로 하여 융합한 학제간 연구이다. 진화발생생물학의 기반을 이루는 학문은 유전학, 세포생물학, 생리학, 생화학, 생물물리학, 내분비학 등이다.

역사

1970년대 후반 독일의 생물학자인 에드워드 루이스 등은 노랑초파리에서 180개의 염기서열로 구성된 특정 DNA 단편인 호메오박스를 발견하였다. 1980년대에 들어 동일한 염기서열을 갖는 호메오박스가 포유류에서도 발견되었으며 이들이 동일한 역할을 한다는 것이 밝혀졌다. 초파리 배아의 앞과 뒤를 결정하는 호메오박스 유전자는 포유류에서 척추의 형성에 관여한다. 즉, 유사한 유전자는 계통적으로 멀리 떨어져 있는 생물에서도 유사한 역할을 한다는 점이 밝혀진 것이다. 초파리의 특정 호메오박스 유전자를 생쥐의 배아에 이식한 실험에서 초파리의 호메오박스 유전자는 정상적인 생쥐의 그것과 동일한 역할을 수행하였다. 호메오박스의 발견은 배의 발생과 진화에 대한 새로운 관심을 불러일으켰고 진화발생생물학이 시작되는 계기가 되었다. 1995년 루이스와 동료들은 호메오박스 발견의 공로로 노벨 의학상을 수상하였다.

1988년 리보솜 RNA의 염기 서열을 비교하여 동물계 전체의 조상 후손 관계를 파악하는 연구가 진행된 이후 DNA의 염기 서열을 비교하여 생물의 계통을 밝히는 분자계통학 연구가 시작되었다. 현재 모든 동물 계통의 분지가 밝혀지지는 않았으나 분자계통학의 연구는 비교생물학의 상동성연구에 많은 도움을 주고 있다.

연구

진화생물학의 연구는 사람과 초파리 사이에 공통적인 유전자는 어떤 것이 있는 지, 또한 사람만이 갖는 고유한 유전자에는 어떤 것이 있는지를 연구한다. 비유하자면 호메오박스와 같은 유전자는 서로 다른 모양을 하고 있는 레고 블록과 같다. 같은 종류의 레고 블록을 사용해서 집을 만들 수도 있고 자동차를 만들 수도 있듯이, 서로 다른 특징을 갖는 유전자들이 모여서 한 생물의 유전체를 이루게 된다. 진화의 긴 역사 속에서 어떤 유전자는 생물 전체에 걸쳐 공통적으로 남아 있을 수도 있고 다른 것은 빠지거나 바뀔 수도 있다. 이렇게 생물종의 발생 특징을 결정짓는 유전자를 조절부위라고 한다. 사람과 초파리에게는 앞서 보았던 공통적인 역할을 하는 조절부위도 있는 반면, 턱과 같은 골격을 형성하는 조절부위는 초파리에게는 없다.

참고 문헌

• 김창배 (한국생명공학연구원), 진화발생생물학, 생물학전문연구센터, 2003 4월호</ref>

읽어 보기

• 『이보디보(생명의 블랙박스를 열다)』 션 B. 캐럴 저/ 김명남 역/ 지호/ 2007.07.23
• 『내안의 물고기(물고기에서 인간까지, 35억 년 진화의 비밀)』 닐 슈빈 저/ 김명남 역/ 김영사/ 2009.06.08
• 『한치의 의심도 없는 진화 이야기(DNA와 진화의 확고한 증거들)』 션 B. 캐럴 저/ 김명주 역/ 지호/ 2008.10.13
• EvoDevo 정보의 진화, 한겨레신문, 2008/05/02