자연선택이 변이에 미치는 영향

자연선택이 변이에 어떻게 영향을 미치는지 다루기 위해서는 찰스 다윈의 논리를 따라 변이와 자연선택의 연결고리를 살펴보아야 합니다. 이구아나 집단의 자연선택과정을 예로 설명하되 모든 유전적 변이가 자연선택의 대상은 아니라는 것, 자연선택이 어떤 경로를 통해 이루어지는지 살펴보는 것이 중요합니다. 

 

 

자연선택이 세대를 거치며 유전적 변이에 어떤 영향을 미칠까?

외딴섬에 살고 있는 가상의 이구아나 조상 집단이 있다고 가정해봅시다. 이 집단에서 대부분의 개체는 발에 물갈퀴가 없고 둥근 꼬리를 가지고 있습니다. 다만 이 집단 중에서 소수의 이구아나만이 물갈퀴와 납작한 꼬리를 가지고 있습니다. 섬에는 먹을 것이 거의 없고 주변의 바다에만 있다고 칩시다. 그러면 자연선택은 헤엄을 쳐서 풍성한 먹이를 바다에서 구할 수 있는, 즉 물갈퀴가 있고 꼬리가 납작한 개체에게 유리하게 작용할 것입니다. 세대가 거듭되면서 물갈퀴와 납작한 꼬리를 지닌 개체의 수는 증가할 것입니다. 자연선택에 의해 물갈퀴가 없고 꼬리가 둥근 개체가 거의 제거되는 것입니다. 이와 같은 가상의 모델은 어떻게 자연선택이 집단을 환경에 적응할 수 있도록 유도하는지를 분명하게 보여줍니다. 

 

자연선택 과정을 거치면서 집단이 지는 변이의 정도는 줄어듭니다. 사실 대부분의 집단은 자연선택이 지니는 선별 효과에 의해 유전적 변이를 잃는 경향을 보입니다. 그러나 집단이 유전적으로 균일하게 될 수는 없습니다. 열성 대립 인자의 효과는 이배체 개체에서 잘 나타나지 않기 때문에 유전적인 변이를 유지하는 한 가지 방법이 될 수 있습니다. 열성 대립 인자는 표현형으로 나타날 때만 자연선택의 대상이 되며, 열성 대립 인자는 이를 동형으로 지니는 동형 접합자에게서만 형질로 발현됩니다. 이형 접합자에서는 우성 대립 인자만이 표현형으로 나타나기 때문에 열성 대립 인자 형질이 나타나지 않음으로써 자연선택 과정을 피해 나갈 수 있는 것입니다. 

 

모든 유전적 변이가 자연선택의 대상은 아니다

어떤 유전적 변이는 생존력이나 생식력에 거의 영향을 주지 못해 자연선택의 대상이 되지 않는 경우도 있습니다. 사람의 지문이 이러한 중립 변이의 한 예가 됩니다. 중립 변이란, 선택적 적응력에 전혀 영향을 주지 않는 유전 형질을 말합니다. 

그러나 얼마나 많은 유전적 변이가 중립적인지에 대해서는 진화 학자들 사이에서 이견이 좁혀지지 않고 있습니다. 어떠한 특정한 환경 아래에서는 영향을 주지 않는 중립적인 변이라 할지라도 환경이 바뀌면 달라질 수도 있습니다. 따라서 어떤 유전적 변이가 중립적이라고는 단정하기 어렵습니다. 그러나 유전자 풀에서 일어나는 매우 다양한 변이 중에서 극히 일부만이 개체에 영향을 미친다 하더라도 환경이 변화했을 때는 다양한 유전적 변이에 자연선택이 작용할 수 있다는 점은 분명합니다. 

 

자연선택이 이루어지는 경로 세 가지

자연선택이 개체 전체에 작용한다는 사실을 기억하며 집단 내에서 일어나는 표현형의 변이 과정을 살펴보도록 하겠습니다. 

 

안정화 선택이 일어나면 중간 정도의 특성을 나타내는 변이체가 주로 선별됩니다. 이러한 과정은 표현형의 변이를 감소시키는 비교적 안정된 환경에서 전형적으로 나타납니다. 인간이 출생할 때 체중이 약 3kg에서 4kg 사이로 유지되는 것은 안정화 선택의 전형적인 예입니다. 이보다 너무 가볍거나 지나치게 무거운 영아는 사망률이 높아집니다. 방향성 선택은 한쪽 극단의 형질이 많아지는 과정입니다. 집단이 새로운 환경으로 이주한 경우에 일어나는데  후추나방의 집단 변화가 여기에 해당합니다. 다양화 선택은 환경이 변화하여 중간 형질보다는 양극의 형질을 지닌 개체가 적응하기 유리할 때 일어납니다.  

 

방향성 선택의 예

지난 수십년 동안 우리의 의도와는 다른 자연선택 과정이 일어난 예를 보았습니다. 그것은 바로 살충제에 강한 곤충의 진화와 항생제에 내성을 지니는 병원균의 출현입니다. 말라리아와 같은 질병을 일으키는 원생동물 중에서도 이들을 치료하는 약제에 내성을 지닌 것들이 진화하여 나타났습니다. 약제 내성을 지닌 말라리아나 병원균을 옮기는 모기를 살충제로 구제할 수 없다면 치유하기 어려운 공중보건상의 문제를 일으키게 됩니다. 

 

새로운 살충제, 항생제 등을 처음 사용할 때는 효과가 높으므로 적은 양으로도 대부분의 해충을 죽일 수 있습니다. 이때 해충이 우연히 살충제에 내성을 지닌 유전자를 가지게 되며 이 해충은 약제에 노출되더라도 생존할 수 있게 될 것입니다. 만일 지속적으로 살충제를 사용하면 결국에는 내성을 지닌 개체만 남게 되어 살충제의 효력을 잃게 되는 것입니다. 

 

어떤 집단이든 새로운 문제가 생기면 변화하여 적응하거나, 이주하거나, 멸종하게 됩니다. 곤충이나 박테리아는 집단의 수가 매우 크고 빨리 번식하기 때문에 쉽게 적응합니다.