고유전학

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고유전학(Paleogenetics)은 고대 유물 속에 보존 된 유기체의 게놈을 조사하고 이를 통해 과거를 연구하는 분야이다.[1] 에밀 즈커캔들(Emile Zuckerkandl)과 물리화학자 라이너스 폴링은 1963년 폴리펩티드의 서열 재구성을 통한 시험과 관련하여 고유전학이라는 용어를 처음 소개했다.[2] 알란 윌슨(Allan Wilson)은 1984년 박물관으로부터 입수한 멸종 된 콰가의 표본에서 첫 번째 DNA 서열을 발표했다.[3]

고유전학은 살아있는 유기체를 직접 연구하는 것은 아니다. 고대 DNA에서 발견된 여러 조각들을 이용해 다양한 분석을 통해 연구해 나간다.[4] 유기체유전학은 "멸종 되버린 종과 진화적 흐름을 직접적으로 보여주는 증인"이라 할 수 있다.[5]

응용 분야[편집]

진화[편집]

단백질 폴리펩티드 서열 속에서 종종 다른 종과 유사한 서열이 발견된다. 이 유사성은 DNA 유사성과 직접적으로 관련되어있다. 이것이 우연의 일치이거나 자연 선택에 의한 수렴이라고 하기에는 너무 긴 일관성으로 보여주므로, 이러한 유사성은 공통 유전자를 가진 공통 조상의 존재를 자연스럽게 추측할 수 있게 해준다. 이를 통해 폴리펩티드 서열은 다른 종들과 비교를 가능 하게 하며, 두 개의 유전적 서열의 차이는 공통 조상이 존재했던 시간들을 어느정도 오차 범위내에서 결정할 수 있도록 해준다.[2]

인간의 진화[편집]

네안데르탈인 여성의 허벅지 뼈를 사용하여, 네안데르탈인 게놈의 63%가 밝혀졌고 37억 개의 DNA 염기가 해독되었다.[6][7] 호모네안데르탈레닌시스는 3만년 전에 사라질 때까지 호모사피엔스의 가장 가까운 친척이었다. 네안데르탈인 게놈은 해부학적으로 현대 인간이 가지는 변이의 범위 안에 있는 것으로 나타났으나 그 변이 범위 중에서는 가장자리에 있다. 고유전학 분석에 따르면 네안데르탈인이 호모사피엔스 보다 침팬지와 더 많은 DNA를 공유했다.[7] 또한 네안데르탈인은 현대 인류보다 유전적 다양성이 적다. 이는 호모네안데르탈렌시스가 비교적 소수로 구성된 그룹에서 자라 났음을 나타낸다.[7] 호모사피엔스의 DNA 염기서열은 약 13만 ~ 25만년 전에 아프리카에서 처음 나타났다.[7]

고유전학은 호미니드 진화와 분포에 대해 많은 가능성을 열어 준다. 호미니드 유적의 게놈을 분석함으로써, 그들의 혈통이 어디서 왔는지, 또 어느 공통 조상과 공유하는지 알아 낼 수 있다. 시베리아에서 발견된 인류종 중 하나인 데니소바인네안데르탈인호모사피엔스에서는 발견되지 않은 유전자가 포함된 것 처럼 보여, 새로운 계통이나 인류의 종으로 보게 될 수도 있다.[8]

문화의 진화[편집]

DNA를 통해 과거 사람들의 삶도 엿볼 수 있다. 네안데르탈인의 DNA는 작은 임시 공동체에서 살았다는 것을 보여준다.[7] 또 네안데르탈인은 젖당을 잘 소화시키지 못한다. 이처럼 DNA 분석을 통해 그들의 삶의 제한과 변이가 어떻게 일어났는지를 알아낼 수 있다.[7]

고고학[편집]

고대 질병[편집]

DNA를 연구를 통해 인류의 질병과 의학적 역사를 관찰 할 수 있다. DNA를 추적하면서 우리는 특정 질병이 언제 인간에게 감염되기 시작했는지를 알 수 있다.

외치[편집]

라임병의 가장 오래된 사례는 아이스맨이라 불리는 외치라는 남자의 게놈에서 발견되었다.[9] 외치는 기원전 3,300년경에 사망했으며, 1990년 동부 알프스에서 그 유해가 발견되었다.[9] 그의 유전자는 발견 된 후 20년까지 이루어지지 못했다. 라임병을 일으키는 세균인 보렐리아 부르그도르페리(Borrelia burgdorferi)의 세균의 유전 물이 외치의 유전 물질에서 발견되었다.[9]

동물의 가축화[편집]

고유전학은 인간뿐만 아니라, 인간이 다른 생물에게 어떤 영향을 미쳤는지도 알 수 있다. 처럼 가축화된 종의 유전학적 흐름과 야생 소들의 고고학적 기록을 대조 분석함으로써, 가축화 정도를 알아 낼 수 있다. 이는 인간이 소들을 어떻게 가축화 했는지 문화적 행동에 대해서도 많은 것을 알 수 있다. 이처럼 가축화된 동물의 유전학은 기존의 생물학적 유물에서는 볼 수 없는 행동, 발달, 성숙 등과 같은 단서를 알 수 있게 해준다. 유전자의 다양성을 통해 해당 종들이 어디에서 길들여 졌는지, 그리고 다른 지역으로 어떻게 이주했는지를 알 수 있다.[5]

도전 과제[편집]

고대 유물의 DNA는 보통 살아있는 유기체보다 훨씬 작은 부분만을 포함한다.[2][10] 이는 살아있는 조직에서 수리를 담당하는 효소가 기능을 멈추면 죽은 조직의 DNA가 분해되기 때문이다. DNA 보존은 온도, 습도, 산소, 햇빛을 포함한 여러 환경적 특성에 따라 달라진다. 고온다습 지역의 유적은 대체로 수십만 년 동안 열과 산소가 잘 차단된 영구동토나 동굴의 DNA보다 손상이 심하다.[11] 또한 고대 유적의 DNA는 발굴 후에 훨씬 빨리 분해되며 발굴 직후의 뼈는 살아있는 유전 물질을 포함 할 확률이 훨씬 높다.[5] 발굴 후, 뼈를 살균되지 않은 도구로 다루거나 직접 피부로 만지면 현대의 DNA로 오염 될 수 있다. 이는 잘못된 분석 결과를 초래할 수 있다.[5]

관련 항목[편집]

각주[편집]

  1. 〈Molecular paleoscience: Systems biology from the past〉. 《Protein evolution》. Advances in Enzymology and Related Areas of Molecular Biology 75. 2007. 1–132, xi쪽. ISBN 9780471224464. PMID 17124866. doi:10.1002/9780471224464.ch1. 
  2. “Chemical Paleogenetics: Molecular "Restoration Studies" of Extinct Forms of Life”. 《Acta Chemica Scandinavica》 17 (supl.): 9–16. 1963. doi:10.3891/acta.chem.scand.17s-0009. 
  3. “DNA sequences from the quagga, an extinct member of the horse family”. 《Nature》 312 (5991): 282–4. 1984. PMID 6504142. doi:10.1038/312282a0. 요약문 – Science Magazine. 
  4. Gibbons, A (December 2010). “Tiny time machines revisit ancient life”. 《Science》 330 (6011): 1616. PMID 21163988. doi:10.1126/science.330.6011.1616. 요약문 – SciTechStory. 
  5. Geigl E-M (2008). “Palaeogenetics of cattle domestication: Methodological challenges for the study of fossil bones preserved in the domestication centre in Southwest Asia”. 《Comptes Rendus Palevol》 7 (2–3): 99–112. doi:10.1016/j.crpv.2008.02.001. 
  6. “A draft sequence of the Neanderthal genome”. 《Science》 328 (5979): 710–22. May 2010. PMID 20448178. doi:10.1126/science.1188021. 
  7. Saey TH (2009). “Story one: Team decodes neanderthal DNA: Genome draft may reveal secrets of human evolution”. 《Science News》 175 (6): 5–7. doi:10.1002/scin.2009.5591750604. 
  8. Zorich Z (2010). “Neanderthal Genome Decoded”. 《Archaeology》 (Archaeological Institute of America) 63 (4). 
  9. “New insights into the Tyrolean Iceman's origin and phenotype as inferred by whole-genome sequencing”. 《Nature Communications》 3 (2): 698. 2012. PMID 22426219. doi:10.1038/ncomms1701. 요약문 – DiscoveryNews. 
  10. Kaplan, Matt. DNA에는 521 년 반감기가 있습니다. Nature News , 2012 년 10 월 10 일
  11. 위크 먼, 포레스트. DNA의 유효 기간은 어떻게됩니까? 2013 년 2 월 5 일 Slate magazine