진화생물학

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생물학 관련 문서
진화
Tree of life with genome size.svg
진화 과정
  • 진화의 요인

유전자 다양성
유전자 부동
유전자 이동
돌연변이
자연선택

  • 진화의 결과

적응
공진화
공생
종분화
절멸

연구 및 역사

공통조상의 증거
생물 진화의 역사
진화 이론의 역사
현대 진화 이론
진화이론의 사회적 영향
진화에 대한 논란

진화 이론의 주요 분야

진화생물학
분류학
생태유전학
진화발생생물학
인류의 진화
분자진화학
계통학
집단유전학

주요 학자

에라스무스 다윈
장바티스트 라마르크
찰스 라이엘
찰스 다윈
앨프리드 러셀 월리스
토머스 헉슬리
그레고어 멘델
아우구스트 바이스만
휘호 더프리스
로널드 피셔
기무라 모토
루이스 리키
스티븐 제이 굴드
리처드 도킨스
스티븐 로즈

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진화생물학(進化生物學)은 문자 그대로 지구 상의 생물진화를 연구하는 학문으로서, 찰스 다윈진화론의 영향으로 현대 생물학에서 빼놓을 수 없는 분과이다. 다윈의 진화론에 따르면 생물의 진화란 생물의 발전 과정을 뜻하며, 이 발전 과정을 더듬어 보는 일은 우선 생물이 무엇에서 발생하였는가를 밝히는 데에서부터 시작하여야 할 것이다.

지구의 탄생 시기를 천문학에서는 약 46억 년 전으로 추정하고 있다. 지구가 탄생한 후 언제 생물체가 지구상에 나타났는지에 관해서는 정확히 말할 수 없지만, 지질학자의 지층분석(→ 지질학 시대구분표)과 생물학자들의 화석 연구에 따르면 약 35억 년 전에 최초로 생명체의 발생을 가능하게 하는 어떤 변화가 지구상에 있었을 것이라고 한다. 물론 이 "어떤 변화"란 매우 불가사의한 것으로서 실험적으로 증명할 수 있는 것은 아니다. 이에 관한 여러가지 가설 가운데 "오파린 가설"이 학계에 주목 받고있다.

생물 진화의 설명[편집]

진화(evolution)는 생명의 변화를 말한다. 과거와 현재의 생명체가 어떻게 다른가를 설명하고 왜 달라졌는가를 설명하는 분야가 진화론이라고 할 수 있다.

진화에 대한 이해를 위해서는 다음과 같은 핵심적인 내용을 먼저 짚고 넘어갈 필요가 있다.

1. 진화는 발전이 아니다 : 생물이 진화했다(evolve)는 것은, 생물이 이전보다 나아졌다(Progress)는 뜻이 아니다. [생물이 지금까지 자손을 남겼다 + 과거의 조상과는 달라졌다]라고 봐야 한다. 이 과정에서 기능의 추가는 물론 삭제도 일어나며, 복잡해지는 과정도 있으나 간단해지는 과정도 존재한다. 진화를 진보와 혼동하는 것은 가장 대표적인 오해이다.

2. 개념을 명확히 한다 : 우리가 말하는 분류학의 종(species) 개념은, 상식적으로 우리가 생물을 나누는 기준과는 다른 개념이며, 이 개념 또한 상당히 불분명하다는 것을 기억해 두어야 한다. 과거 종을 나누는 기준은 외부 형태가 일반적이었으나, 현재는 유전자를 기반으로 분류하고 있다. 사자호랑이는 명백히 다른 종이나 서로 간에 (생식능력이 없는) 새끼를 낳을 수 있고, 세인트버나드치와와는 같은 종이지만 크기의 차이로 인해 자연상태에서는 서로 간에 새끼를 낳을 수 없다.

3. 자연선택 : 자연선택은 특정 자연환경이 적합한 개체 혹은 집단을 선택한다는 개념이다. 적합성(Fitness)이 가장 높은 개체나 집단을 자연이 선택하며, 적합성은 주로 생존율과 번식율의 함수로 표현된다.

4. 시간 : 진화는 시간이 지남에 따라 일어나는 현상이며, 이 '시간' 개념은 인간이 이해하기에는 적절하지 못한 단위가 대부분이다. 5만 년은 일반적으로 진화 또는 지질변이에서 '대단히 빠른' 시간단위가 될 수 있으며, 그럼에도 불구하고 사람이란 종이 겪는 5만 년과 한 사람의 뱃속에서 살아가는 대장균에게 숙주의 일생은 진화라는 관점에서 거의 동일한 기간이 될 수 있다.

5. 집단 : 진화는 개체 수준에서 일어나는 것이 아닌, 종 집단 수준에서 세대를 이어가며 일어나는 현상이다. 개체는 사라질 수 있으나, 유전자의 변이는 집단 속에 남게 된다.

6. 인류와 대장균은 같은 수준의 진화적 산물이다 : 대장균보다 발전한 것이 인류가 아니며, 다른 생명보다 우월한 생명이란 개념은 의미가 없다. 계통도에서 상위와 하위는 존재하지 않으며, 분류상 복잡하고 간단한 것은 있으나 복잡한 것이 단순한 것보다 나은 것도 아니고 그 반대도 아니다.

진화에 대한 의문은 필연적으로 '최초의 생물'에 대한 질문으로 귀결된다. 크게 다음 두가지 주제로 나누어볼 수 있다.

  • 어떻게 분자들이 합성되었는가
  • 분자에서 원시 생명체가 형성되는 과정

생명체가 형성된 다음을 설명할 때도 두개의 큰 장애물이 존재한다.

  • 간단한 원시생명체에서 다양한 구조를 가진 복잡한 세포생명체가 형성되는 과정
  • 단세포 생물에서 다세포 생물이 생겨나는 과정

일반적으로, 생물의 진화과정은 다음과 같이 설명된다.

  • 다양한 유전적 변이가 유전자 집단 내에 축적된다.
  • 환경의 변화로 인한 압력이 가해지는 과정에서, 유전적 변이에 의한 집단 내의 선택이 이루어진다.
  • 긴 시간동안의 선택 결과, 유전자 집단 내의 유전적 변이가 원래 집단과 구분할 수 있을 정도로 뚜렷하게 달라진다.

이 과정은 일반적으로 동일한 시간 단위 안에서 이루어지지는 않으며, 급격한 외부 요인은 진화를 가속한다는 것이 화석을 통해 알려져 있다. (캄브리아기 생물 대폭발 (cambrian explosion), 페름기백악기 대멸종 등)

진화를 이해하기 위한 개념 설명[편집]

자연 선택[편집]

다양한 유전자를 갖고 있는 유전자 집단에서는 특정한 환경 아래에서 유리한 유전자와 그렇지 않은 유전자가 있을 수 있다. 만일 '유리한 유전자'가 그 유전자를 가진 개체의 생존 및 번식능력에 영향을 줄 수 있다면, 다음 세대의 유전자 집단에는 '유리한 유전자'의 수가 더 많아질 것이다. 이때 '유리한 유전자'가 '자연 선택(natural selection)'되었다고 말할 수 있다. 이때 '유리한 유전자'란, 단순히 자손을 많이 남기는 데 유리한가 그렇지 않은가에 따라 결정된다. 비록 개체에는 해를 끼치는 유전자일지라도 자손을 남기는 데 유리하다면 그것은 자연 선택에 유리한 유전자이다. 이 개념은 멘델의 우열 개념과 함께 자주 오용되어 왔으므로 이해할 때 주의해야 한다.

돌연변이[편집]

유전자는 바뀔 수 있다. 이미 알려진 바와 같이 방사선, 화학물질, 단순한 복사과정의 실수 등에 의해 유전자가 바뀔 수 있으며, 이러한 유전적 변이는 외부의 압력 - 선택압 - 이 가해지지 않는 한 유전자 집단 안에 계속 축적된다. 돌연변이는 해로울 수 있으며, 생명체는 이러한 돌연변이로부터 자신을 보호하기 위해 다양한 세포 내 복구장치 및 발생 과정에서의 안전장치를 마련하고는 있으나, 확률적인 문제로 돌연변이는 계속 축적된다.

종의 분화[편집]

돌연변이로 축적되는 유전자 집단 내의 유전적 다양성은 자연선택의 도움으로 세대가 지날수록 앞 세대와는 다르게 바뀐다. 또한 이러한 유전자 집단은 여러 요인으로 인해 서로 섞이지 못할 수 있으며 이런 경우 한 유전자 집단과 다른 유전자 집단 안의 유전적 변이는 서로 다른 방향으로 가게 될 가능성이 높다. 서로 다른 선택압이 가해진 두 유전자집단은 충분한 시간이 흐른 후 다시 유전적으로 섞일 수 없게 되며, 이렇게 된 경우를 '종의 분화'라고 표현한다.

현대 진화 이론[편집]