01 진화의 증거, 02 진화의 원리

진화의 증거

1. 화석상의 증거

⑴ 죽은 생물의 부패 과정이 불완전하게 진행되어 뼈나 껍데기 등 단단한 부분이 암석화 작용을 거쳐 화석이 된다.

⑵ 화석 자체나 화석이 속한 퇴적암의 동위 원소를 분석하여 연대를 추정할 수 있다.

⑶ 화석들을 시간의 순서로 배열할 때 일관적인 생물의 진화 과정이 드러난다.

⑷ 틱타알릭(Tiktaalik)은 어류와 양서류의 특징을 동시에 갖는 동물의 화석으로, 우연히 발견된 것이 아니라 어류에서 양서류로 진화가 일어나는 것으로 추정되는 연대의 지층을 집중적으로 탐색한 결과 발견한 것이다.

2. 해부학적 증거

⑴ 상동 형질 또는 상동 기관은 공통 조상으로부터 물려받아 비슷한 모습을 가지는 공통 형질이다. 척추동물의 앞다리 골격 구조는 상동 기관의 대표적인 예이다.

⑵ 흔적 형질 또는 흔적 기관은 원래의 구조가 남아 있으나 현재는 쓸모가 없거나 쓰임새가 최초의 목적과 많이 달라진 형질이다. 사람 배아에서 관찰되는 아가미틈과 꼬리뼈, 사람이 추위를 느끼거나 소름이 끼칠 때 피부에 돋는 닭살 등이 흔적 기관의 예이다.

닭살 돋는 사람의 피부와 털이 곧추선 고양이: 두 현상은 모두 모공에 연결된 작은 근육의 수축으로 일어난다.

3. 분자진화학적 증거

⑴ 공통 조상으로부터 갈라져 나온 시간이 짧을수록 두 종은 비슷한 염기 서열을 갖게 된다. 이러한 원리를 통해 추정된 주요 분류군들의 계통이 화석의 연대 측정으로 밝힌 계통과 일치하는 것이 진화의 중요한 증거가 된다.

⑵ 과거 조상이 가지고 있었으나 현재 필요 없어진 염기 서열이 흔적으로 남기도 한다. 예를 들어 사람은 알을 낳지 않기 때문에 난황 단백질을 생산하지 않는다. 그러나 난황 단백질을 암호화하는 염기 서열이 사람을 비롯한 모든 포유류의 유전체에 뚜렷한 흔적으로 남아 있다. ➞ 포유류의 조상이 알을 낳는 동물이었음을 의미한다.

4. 생물지리학적 증거

⑴ 여러 지역에 걸친 생물 종의 분포는 육지와 해수면의 지질학적 변화와 이를 수반한 진화 과정에 의해 설명된다.

⑵ 갈라파고스 군도의 핀치는 매우 다양한 부리를 가지는 여러 종으로 관찰되는 데 비해 가까운 남미 대륙의 핀치는 단순히 두 종으로 분류된다. ➞ 화산 활동으로 갈라파고스 군도가 새로 생긴 이후 남미 대륙에서 건너온 핀치가 포식자와 경쟁자가 없는 환경에 성공적으로 정착하면서 여러 갈래로 빠르게 진화한 것으로 설명된다.

5. 진화발생학적 증거

⑴ 매우 다양한 형태로 분화된 여러 생물이 매우 유사한 발생 과정을 거치는 것은 이들이 공통 조상으로부터 유래했기 때문이다.

⑵ 물고기 배아의 아가미틈은 곧바로 성체의 아가미가 된다. 그러나 육상의 네발 달린 척추동물에서는 아가미틈이 복잡한 변형 과정을 거쳐 다른 기관 일부가 된다. ➞ 육상 척추동물이 수중 생활을 하던 조상으로부터 진화하였으며, 아가미가 필요 없어진 이후 아가미틈이 다른 구조로 변형되도록 진화하였다는 사실로 설명된다.

6. 분류학적 증거

⑴ 다른 두 분류군의 특징이 섞여 있는 생물이 관찰되면 두 분류군이 같은 조상에서 기원하였음을 추론할 수 있다.

⑵ 실러캔스와 폐어는 뼈와 근육으로 이루어진 지느러미를 가지는데, 이는 육상 척추 동물의 다리와 같은 구조이다. 또한 오리너구리는 파충류와 포유류의 특징을 모두 갖고 있다.

 

하디–바인베르크 법칙

1. 유전자풀과 진화

⑴ 집단 또는 개체군: 하나의 종에 속한 개체들이 같은 지역 안에 모여 생존과 생식 활동을 함께 하는 것이다.

⑵ 유전자풀: 집단의 개체들이 보유한 대립유전자의 총합이며 집단의 유전적 조성은 대립유전자의 상대적 빈도로 기술된다.

⑶ 진화: 유전자풀의 시간적 변화로 정의할 수 있다.

2. 하디-바인베르크 평형

⑴ 다음의 조건을 만족하며 생식하는 집단에서는 대립유전자와 유전자형의 빈도가 시간이 지나도 변하지 않는다.

1) 배우자(정자와 난자)가 무작위적으로 결합하여 수정한다. 2) 더 이상의 돌연변이가 발생하지 않는다. 3) 자연 선택이 일어나지 않는다. 4) 개체의 수가 무한하다. 5) 집단에서 개체의 이입과 이출이 일어나지 않아야 한다.

⑵ 하디-바인베르크 평형에서는 유전자형의 빈도가 대립유전자 빈도의 곱으로 주어진다. 즉, 두 대립유전자의 빈도가 p, q라고 하면 세 유전자형의 빈도는 p2, 2pq, q2이 된다.

⑶ 실제 자연계의 집단은 하디-바인베르크 평형의 조건을 만족하지 못하므로 진화가 불가피하게 일어난다.

⑷ 하디–바인베르크 법칙의 적용

 

3 유전자풀의 변화 요인

1. 돌연변이

⑴ 돌연변이는 DNA 복제 과정에서 무작위적으로 생겨난 오류가 고쳐지지 않을 때 발생한다.

⑵ 돌연변이에 의해 새로운 대립유전자가 등장하게 되어 집단의 다양성이 증가한다.

⑶ 적응도: 개체가 생존과 생식을 통해 자신의 유전자를 다음 세대에 물려줄 수 있는 능력이다.

① 개체의 적응도에 미치는 영향에 따라 해로운 돌연변이, 중립 돌연변이, 이로운 돌연변이로 나눌 수 있다.

② 대부분의 돌연변이는 개체의 적응도를 감소시키는 해로운 돌연변이이거나 적응도에 아무런 영향이 없는 중립 돌연변이이다.

③ 개체의 적응도를 높이는 이로운 돌연변이는 낮은 빈도로 일어나며, 이는 생물의 진화에 중요한 역할을 한다.

⑷ 돌연변이는 염기 서열이나 염색체 구조의 변화를 가져와 개체의 표현형을 여러 가지 방법으로 변화시킬 수 있다. 특히 다세포 생물의 유전자 발현 조절 부위에 일어나는 돌연변이는 외부 형태 진화에 크게 이바지한다.

2. 유전적 부동

⑴ 개체의 수가 유한한 집단에서 생식이 일어나는 과정은 부모 세대의 대립유전자가 무작위로 추출되어 다음 세대로 전달되는 과정으로 설명될 수 있다. 이러한 대립유전자의 추출 과정에서 대립유전자의 빈도가 무작위적으로 변하는 것이 유전적 부동이다.

⑵ 대립유전자 빈도의 변화는 집단에 속한 개체의 수가 작을수록 커진다. 즉, 작은 집단일수록 유전적 부동이 심하게 일어난다.

① 창시자 효과: 큰 집단으로부터 일부 개체가 떨어져 나와 새로운 집단을 구성할 때 대립유전자 빈도가 급격하게 변하는 현상이다.

② 병목 효과: 어떤 집단에서 갑자기 적은 수의 개체만이 자손을 낳아 집단의 크기가 작아지는 시기를 겪으면서 대립유전자 빈도가 급격하게 변하는 현상이다.

⑶ 유전적 부동은 집단의 유전적 다양성을 감소시킨다. 매우 심한 병목 효과를 겪은 집단은 해로운 돌연변이 대립유전자의 빈도가 유전적 부동으로 증가하여 생존과 생식 능력이 감소할 수 있다.

3. 자연 선택

⑴ 표현형에 영향을 미치는 돌연변이가 발생하면 집단의 개체들 사이에 표현형 및 적응도의 차이가 생긴다.

⑵ 생존과 생식의 능력, 즉 적응도를 높이는 대립유전자의 빈도가 증가하는 과정이 자연 선택이다. 자연 선택은 해로운 돌연변이의 빈도가 증가하는 것을 막으며 이로운 돌연변이의 빈도를 높인다.

⑶ 지구 생물의 다양성은 궁극적으로 이로운 돌연변이의 발생과 이에 대한 자연 선택의 결과이다.

⑷ 자연 선택의 사례: DDT가 살포되기 전에는 대부분의 모기는 DDT에 저항성이 없었다. DDT가 살포되는 환경에서 DDT 저항성 유전자를 가진 개체가 살아남아 더 많은 자손을 남기면서 DDT 저항성 유전자의 빈도가 점점 증가하였다. 즉, DDT가 살포되는 환경에서 살아남기 적합한 유전자가 자연 선택된 것이다.

4 종분화

1. 종분화와 유전자 흐름

⑴ 종분화: 한 종에 속하였던 두 집단 사이에 생식적 격리가 새롭게 발생하여 두 집단이 서로 다른 종으로 나뉘는 현상이다.

⑵ 유전자 흐름: 교배에 의해 대립유전자가 집단 간에 이동하는 것이다. 생식적 격리는 유전자 흐름을 차단한다.

2. 종분화의 단계

⑴ 지리적 격리가 집단 간의 유전자 흐름을 차단한다.

⑵ 분리된 각 집단의 유전자풀은 독자적인 돌연변이와 자연 선택 등의 진화를 거친다.

⑶ 유전적으로 분화된 두 집단은 지리적 격리가 사라진 뒤에도 생식적으로 격리되어 두 종이 된다.

⑷ 생식적 격리의 종류

① 짝짓기 행동, 생식기 구조, 서식지 등이 달라 교배가 되지 않거나 수정이 일어나지 않는다.

② 교배를 통해 수정이 일어나더라도 생존과 생식의 능력이 불완전한 개체가 만들어진다.

⑸ 종분화의 예: 미국의 그랜드 캐니언 협곡의 영양다람쥐는 강이 흐르면서 골짜기가 깊어져 남쪽과 북쪽의 땅이 분리되었고, 이에 따라 원래 한 종이었던 영양다람쥐가 남과 북의 집단으로 분리된 후 오랜 시간이 지나 지금은 해리스영양다람쥐와 흰꼬리영양다람쥐 두 종으로 분화하였다.

⑹ 종분화가 지속적으로 일어나면서 지구상의 무수히 다양한 생물이 등장하게 되었다.

• 고리종: 어느 한 종으로 이루어진 여러 집단들이 고리 모양으로 분포하고 있는 상황에서 지리적으로 인접한 집단 사이에서는 생식적 격리가 없어 교배를 통해 유전자 흐름이 일어난다. 그러나 고리의 양쪽 긑에 위치한 두 집단은 서로 인접해 있지만 생식적 격리가 일어나 교배하지 않는다. 이러한 현상이 나타나는 이웃 집단들의 모임을 고리종이라고 한다. 고리종은 종분화를 위한 생식적 격리가 연속적으며 점진적으로 일어나고 있음을 보여 준다.
• 캘리포니아의 엔사티나도롱뇽: 캘리포니아 중앙 계곡의 가장자리를 따라 고리 형태로 분포하는 엔사티나도롱뇽은 인접한 집단 간에는 교배가 일어난다. 그러나 고리 양쪽 끝의 두 집단 A와 G는 지리적으로 가깝지만 생식적으로 격리되어 있다.

 

참고자료: 지학사 생명과학2 교과서, EBS 수능특강 생명과학2