집단 유전학, 진화의 요인(2-1)

◎ 집단 유전학

집단 유전학은 말 그대로 한 개체의 유전자 변화를 살피는 것이 아니라, 그 개체가 속해 있는 집단 전체의 유전자 조성 변화를 연구하는 학문입니다. 그리고 연구 대상이 되는 유전자 집단을 유전자 풀(Gene pool)이라고 합니다. 유전자 풀은 한 생물종의 집단이 가지고 있는 모든 대립 유전자입니다.

 

▶ 하디-바인베르크 법칙(Hardy-Weinberg law)

이 법칙은 생물학의 수많은 법칙 가운데 열 손가락에 들어갈 정도로 매우 중요한 법칙입니다. 하디-바인베르크 법칙(Hardy-Weinberg law)은 ‘한 이상적인 집단에서 유전자의 빈도는 대를 거듭하여도 변하지 않는다’는 법칙입니다.

먼저 이 법칙이 성립할 수 있는 전제 조건은 ‘이상적인 집단’이어야 한다는 점입니다. 이상적인 집단이란 집단이 크고 집단 내에서 돌연변이가 일어나지 않아야 하며 집단 내로 또는 외부로 개체의 이동이 없어야 합니다. 또 모든 교배는 무작위로 일어나야 하고, 모든 개체들은 자연선택 없이 동일한 생존율을 가져야 합니다.

하지만 실제로 완벽한 집단이 과연 존재할까요? 만일 그렇다면 이 법칙은 아무런 의미가 없을 것입니다. 모든 생물 종은 외부의 자극을 받으며 살아가고 있습니다. 즉, 유전자 풀(Gene pool)은 계속해서 변화하는 것입니다. 따라서 유전자의 빈도는 끊임없이 변하고 있습니다. 그 결과가 계속 지화가 되는 것입니다. 이상적인 집단에서는 유전자의 빈도가 계속 유지된다고 했는데 반대로 비이상적인 집단, 즉 외부 환경의 영향을 끊임없이 받고 있는 실제적인 집단에서는 이 법칙을 깨고 유전자의 빈도가 변합니다. 진화가 일어나는 것입니다.

 

하디-바인베르크 법칙(Hardy-Weinberg law) : 멘델 집단에서 유전자의 발생 빈도는 대를 거듭하여도 일정하게 유지됨. 그러나 이상적 공간 존재가 어려워 실제로 적용하기 힘듦.

 

◎ 진화의 요인

 

▶ 돌연 변이

이상적인 집단은 돌연변이가 없어야 한다고 했습니다. 하지만 실제 존재하는 집단들에서는 방사선과 같은 외부 요인에 의해 돌연 변이가 발생할 수 있습니다. 그리고 유성 생식을 하면서 변이가 일어난 형질을 자손에게 전달할 수도 있습니다. 따라서 유전자 풀에 변화가 생깁니다.

 

▶ 유전적 부동

유전적 집단은 자연선택에 의해 살아남는 개체와 그렇지 않은 개체로 나눌 수 있습니다. 그러나 때로는 급작스럽고 우연한 사건에 의해 집단이 변화할 수도 있습니다. 이러한 변화를 유전적 부동이라고 합니다. 태풍이나 지진 등과 같은 천재지변이 가장 큰 원인이 됩니다. 10명의 집단에서 3명이 혈우병을 가지고 있다고 가정해 봅시다. 그런데 우연한 사고로 혈우병 환자 3명만 죽게 되었습니다. 그러면 그 집단 내에서 혈우병 유전자의 빈도는 0이 되는 것입니다. 이렇게 유전적 부동은 개체수가 적은 집단에서 더 잘 나타납니다.

다음 그림은 유전적 부동을 잘 보여 주는 병목 효과 실험입니다. 병 안에 들어 있는 구슬들을 유전자 풀(Gene pool)이라고 생각해 봅시다. 병의 목을 통과해서 빠져나온 구슬들은 다음 세대로 옮겨지는 유전자입니다. 여기에서 볼 수 있듯이 다음 세대로 전해질 수 있는 유전자는 극히 일부분입니다. 이유는 우연한 사고 등으로 인한 유전적 부동 때문입니다.

유전적 부동의 또 다른 현상은 창시자 효과입니다. 창시자는 무엇인가 새로운 것을 만든 사람을 뜻합니다. 이 경우에 비추어 보면 본래 속해 있던 모집단에서 분리되어 독자적인 집단을 형성하는 것을 말합니다. 이렇게 만들어진 새로운 집단의 유전자 풀(Gene pool)은 모집단의 유전자 풀과 많은 차이를 갖게 됩니다. 이런 현상을 창시자 효과라고 합니다.

 

▶ 유전자 이동

같은 종이라고 해도 서로 다른 집단에 있는 개체라면 다른 유전자를 가지고 있을 수 있습니다. 그러다가 다른 집단에 속해 있던 개체가 새로운 집단으로 이주를 하게 되면, 유전자 풀(Gene pool)에 새로운 유전자가 포함되므로 유전자 풀이 변화할 수 있습니다. 이주가 쉽게 일어날 수 있다면, 두 집단의 유전자 풀(Gene pool)은 점점 비슷해져서 결국은 두 집단이 합쳐질 수 있습니다.