다지원 – 생명 세미나 / 2022. 1. 18 / 박영대

『이보디보』 6장 동물 진화의 빅뱅


○ 버제스 셰일 화석. 캄브리아기 대폭발.

링크. https://surpriser.tistory.com/574


○ 일종의 결론

이보디보가 알려준 가장 놀라운 메시지는 크고 복잡한 동물 몸을 만드는 데 필요한 모든 유전자들이 캄브리아기 대폭발로 현실에 실체가 드러나기 한참 전부터 이미 존재하고 있었다는 사실이다. 크고 복잡한 형태가 등장하기 약 5천만 년 전부터, 어쩌면 그보다 더 오래 전부터, 유전자 수준에서의 잠재성은 갖춰져 있었던 것이다. 유전자 툴킷 자체는 진화하지 않았다. 하지만 새로운 신체 설계가 눈 깜박할 새에 등장하고 변화했다는 엄연한 현실을 보면 동물 발생은 분명 크게 진화하였다. (185)

→ 미리 알려주는 결론. 이보디보를 통해 캄브리아기 대폭발을 설명할 수 있게 되었다. 기존의 점진적 진화로는 설명하기 어색했던 대폭발, 굴드는 이로부터 단속평형론을 주장한다. 캐럴의 설명은 단속평형론을 이어받으면서도 연속적인 설명의 의미도 있다. 하지만 다른 한편, 새로운 이야기를 전하는 것이기도 하다. “유전자 툴킷 자체는 진화하지 않았다.” 기존의 진화는 유전자의 변화였다. 그래서 도킨스가 『이기적 유전자』에서 주장하듯이, 진화란, 개체도 종도 아닌 유전자의 수준에서의 사건이었다. 하지만 유전자 툴킷 전체가 거의 변하지 않고, 스위치의 위치변화가 핵심이라면, 진화란 유전자의 일이라는 건 어느 정도 비판받게 된다. 형태의 수준이라는 말도 가능하다. (물론 스위치의 변화니까 역시 ‘유전자 수준’인 것도 맞다. 하지만 전통적인 의미의 유전자 수준은 아니다. 이건 학자마다 어디를 강조하는지에 따라 달라질 것이다.)

○ 후구동물, 전구동물.

곤충류와 척추동물은 동물 계통수에서 가장 굵은 두 가지를 대변한다. 두 가지의 정의, 그리고 근본적 차이는 배아가 형성될 때 최초의 원구에 대해 어느 방향으로 입이 형성되느냐에 달여 있다. 입이 배아의 원구 반대방향에서 형성되는 동물을 후구동물이라 하며, 사람을 포함한 모든 척추동물, 극피동물(성게 등), 기타 몇몇 다른 동물군이 포함된다. 반면 입이 원구로부터 발생하는 동물은 전구동물이라 하며, 파리를 비롯한 절지동물, 환형동물, 연체동물, 기타 몇몇 동물군이 포함된다. (188)

“움직이는 방법에는 두 가지 길이 있다. 소화기관 양쪽에 구멍이 나 있으므로 어느 쪽으로든 움직여도 되기 때문이다. 따라서 같은 동물들 중에서도 원래는 원구였던 쪽으로 움직이는 개체와 그 반대로 움직이는 개체들이 나타났다. 어느 방향으로 움직이든 음식은 소화기관의 한쪽에서 들어와서 반대쪽으로 나가게 된다. 이 들어오는 쪽의 구멍을 입이라고 하고, 나가는 쪽의 구멍을 항문이라고 한다. 이에 따라서 동물은 두 가지로 나뉜다. 원구가 입이 된 전구동물과 원구가 항문이 된 후구동물이다.
(중략) 동물이 움직이는 이유는 소화기관에 음식을 넣기 위해서이다. 따라서 나아가는 쪽에 입이 있다. 그리고 나아가는 쪽을 앞이라고 한다. 다시 말해서 입이 있는 쪽이 앞이다. 이것이 동물이 움직이지 않아도 앞뒤를 알 수 있는 이유이다. 눈도 아니고 코도 아닌 입이 있는 쪽이 앞이다.” (p. 144) - 『모두를 위한 생물학 강의』

○ 턱다리의 개수에 대하여.

절지동물 전반을 훑어본 뒤 내릴 수 있는 결론은, 혹스 단백질 발현 지역의 이동이 체절에서 뻗어 나온 부속지 종류 및 수의 진화적 차이와 밀접하게 관련되어 있다는 것이다. …… 턱다리 개수 …… [혹스 단백질] 이동 정도는 턱다리의 개수와 완벽하게 상응하였다. 게다가 혹스 지역 이동과 턱다리의 관계는 갑각류에서 여러 차례 독립적으로 진화해 온 것으로 보인다. 상이한 동물들이 엇비슷한 메커니즘을 이용해 결국 비슷한 형태로 기능적 적응을 이루는 것을 잘 보여주는 사례다. (similar functional adaptations were achieved by similar mechanisms in different animals.) (207)

○ 척추동물.

두색동물(창고기). …… 창고기의 혹스 유전자를 점검해본 호르디 가르시아-페르난데즈와 피터 홀런드는 혹스 유전자 복합체가 단 하나 존재한다는 사실을 알아냈다. 쥐나 사람 같은 현생 척추동물에는 모두 네 개의 혹스 복합체가 있어서 39개의 유전자를 담고 있다. 그렇다면 척추동물과 두색동물의 계통이 갈라지고 난 뒤, 즉 캄브리아기나 혹은 그보다 조금 일찍 언젠가에 혹스 복합체의 수가 증가했다는 말이다. 우리는 또 미색동물이나 극피동물 같은 여타 후구동물도 혹스 복합체를 딱 하나 갖고 있다는 것을 안다. 그러니 캄브리아기와 그 이후 내내 미색동물과 극피동물은 하나의 혹스 복합체, 즉 십여 개 정도의 혹스 유전자들을 갖고서 다양한 모양을 만들어낸 것이다. 절지동물처럼 말이다. 반면 척추동물은 혹스 유전자의 수 자체를 늘였다. (211)
……
척추동물마다 혹스 복합체 수가 다르다는 것은 전체 유전자 툴킷의 규모에 차이가 있다는 뜻이다. …… 실제로 고등 척추동물의 툴킷이 더 큰 것을 볼 때, 더 많은 유전자의 등장이 신체 설계의 진화에서 핵심적인 역할을 했으리라는 생각은 최소한 척추동물 역사의 초기에는 옳다.
……
하지만 고등 척추동물의 진화 역사 후반에서는 유전자의 수가 중요한 요인이 아니었다. 양서류, 파충류, 조류, 포유류의 진화 과정 내내 혹스 유전자 복합체 수는 일관되게 네 개로 유지되어왔다는 사실을 기억하자. …… 그러므로 다시 한번 강조하건대, 혹스 유전자의 수 자체만 갖고는 형태들이 어떻게 진화했는지 결코 알아낼 수 없다. 동물들이 중심 체축이나 부속의 형태면에서 엄청나게 다양하진 까닭은, 앞서 본 절지동물과 마찬가지로, 배아에서 혹스 유전자 발현 지역의 위치가 이동하였기 때문이다. (212-213)

○ 스위치의 이동.(215)

○ 캄브리아기 다시 생각하기.

1. 공통 선조, 상당히 복잡한 존재.
2. 유전자 툴킷 전체가 진작 갖춰져 있었지만, 잠재력(potential)은 이후로도 꽤 오랫동안 발휘되지 않았다.
3. 툴킷의 잠재력 실현은, 스위치 및 유전자 네트워크의 진화, 그리고 혹스 지역 이동을 통해서.

→ 잠재성과 잠재성의 실현으로 설명하는 방식.