토플[biology] 진화론(용불용설, 자연선택설, 돌연변이설)

 

 

토플 리딩 시험에서 제가 직접 풀었던 내용입니다.

다윈의 자연선택설과 라마르크의 용불용설에 관한 내용과 예시들에 대하여 나왔었는데요,

여기에 해당하는 용어들이 있으니 함께 공부해보시면 도움이 되실 것 같아요!

이미 내용을 제대로 알고 계시는 분들은 괜찮겠지만,

사실 비슷비슷한 것 같아서 대충 아시는 분들은 좀 복잡한 내용이거든요.

Fact 문제에서는 섞어서 보기가 나오니깐 정신차리지 않으면 엉뚱한 것을 답하게 됩니다.

다들 아시자나요...? ㅋㅋㅋ

토플에서는 진화론에 관련된 내용이 참 많이 나옵니다.

특히 리딩, 리스닝 파트에서 주로 담당하고 있으니 함께 공부해봐요! 

 

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Q. 진화(evolution)란? 

생물이 생존에 유리한 방향으로 몸의 구조나 형태 등을 조금씩 변화시켜 자손에게 그 형질을 유전시키는 현상을 말합니다. 현재 이러한 진화를 설명하기 위해 용불용설, 자연선택설, 돌연변이설 등 수많은 이론들이 등장하였지만, 내세운 증거들이 거의 대부분 간접적인 것들이어서 지구 상에 존재하는 수많은 종들의 기원을 설명하기에는 완벽하지 못합니다.

 

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1. 용불용설(use and disuse theory)

 

장 뱁티스트 라마르크(Jean-Baptiste Lamarck)는 1809년에 출간한 《동물철학(PhilosophieZoologique)》에서 생물종(species)이 점진적으로 변화하는 기본 원리를 처음으로 제시하였습니다. 《동물철학》에는 진화가 일어나는 기본 법칙이 두 가지로 설명되어 있습니다.

첫 번째 법칙은 종 내에서 특정 형질의 변화가 일어나게 되는 원리에 대한 설명입니다.

두 번째 법칙은 그러한 변화가 번식 과정에서 다음 세대에게 전해짐으로써 종의 점진적인 변화를 이끌어낸다는 것입니다.

=> 용불용설은 한 개체에서 형질의 변화가 일어나는 원인을 설명하는 이론으로 첫 번째 법칙에 해당됩니다. 이와 같은 맥락에서 그의 이론을 형질전환이론(theory of transformation)이라고 칭하기도 합니다.

 

1) 이용과 불용(Use and Disuse)

라마르크의 이론은 동물의 형질이 변화하는 과정을 다음과 같이 설명하고 있습니다.

“동물이 어떤 기관을 다른 기관보다 더 자주 쓰거나 지속적으로 사용하게 되면, 그 기관은 사용 시간에 비례하여 점차 강해지고 발달되며 크기도 커지게 된다. 반면, 어떤 기관을 오랫동안 사용하지 않으면, 그 기관은 점차 약화되고 기능도 쇠퇴하여 결국 사라지게 된다.”

 

-예시1) 기린

용불용설의 개념을 설명하는 전통적인 예로는 기린의 목이 늘어나는 과정을 들 수 있습니다. 기린은 일생 동안 높은 가지에 있는 잎을 먹기 위해서 목을 늘이는 것을 되풀이 하였습니다. 이러한 과정을 오랜 기간 지속한 결과 기린의 목은 점점 늘어나게 되었습니다. 라마르크는 기린이 목을 늘이는 현상이 일어나는 원인을 "완벽함을 향한 자연적인 경향성 (natural tendency toward perfection)"으로 설명하려 하였습니다.

-예시2) 물새

라마르크가 이용한 또 다른 예는 물새의 발가락입니다. 물새는 물을 가로지르며 수영 하는 행동에서 발가락을 늘이는 노력을 들이게 되었고, 그 결과 수영하기에 더 적합한 길고 물갈퀴가 달린 발가락을 가지게 되었습니다. 이러한 두 가지 예는 어떤 기관을 사용함에 따라 그 형질이 변화하고 발달해 나가는 과정을 설명해줍니다.

=> 다시 말하자면, 라마르크는 어떤 기관을 사용하지 않으면 형질이 약화되어 축소될 것이라고 믿었습니다. 예로 들어, 펭귄의 날개는 날기 위한 용도로 사용되지 않게 되어 점차 퇴화되어 작아졌을 것입니다. 용불용설은 많은 동물에서 볼 수 있는 특수한 형태나 작용을 갖는 기관은 이렇게 하여 생긴 것이며, 또한 퇴화기관으로 알려져 있는 많은 흔적기관(痕跡器官)도 이렇게 하여 생긴 것이라고 설명하고 있습니다.

 

2) 획득형질의 유전(Lamarckian Inheritance)

개체 수준의 변화는 번식(breeding)을 통해 다음 세대로 전해져야 유지될 수가 있습니다.

이를 설명하기 위해 라마르크는 획득형질이 유전되는 기작을 다음과 같이 설명하였습니다.

“개체가 주변 환경의 영향으로 어떤 기관을 더 많이 사용하거나 오랜 기간 사용하지 않은 경우, 이러한 결과로 얻은 기관의 변화는 번식에 의해 새로 태어나는 개체로 전해진다. 획득된 형질(gene pool)은 그 변화가 부모 모두에서 공통적으로 일어났거나 적어도 암컷이 형질을 획득한 경우에 유전될 수 있다.” 

그는 한 개체가 일생 동안 획득한 형질을 자손에게 물려줄 수 있다고 믿었습니다. 기린의 경우, 목을 많이 사용함으로써 긴 목을 얻은 개체의 자손은 부모의 형질을 물려받아 긴 목을 가질 것이라고 생각하였습니다. 환경의 변화가 생물체의 행동을 변화시키고, 행동의 변화는 특정 기관의 발달이나 퇴화를 유도한다고 하였습니다. 이는 자손에게 전해져서 시간이 흐름에 따라 뚜렷한 형태의 변화가 나타나게 되고, 그 결과 종의 점진적인 변이가 일어나게 된다는 것입니다.

 

3) 라마르크 이론의 한계와 의의

라마르크의 첫 번째 법칙은 종의 다양성이 생기는 방법을 설명하기에 적절했지만, 두 번째 법칙은 경험적으로 설명되지 못했기 때문에 당시에는 논쟁의 대상이 되었습니다.

이후 그레고르 멘델(Gregor Mendel)이 유전의 분자적인 특성을 밝힘으로써 획득된 형질은 유전되지 않음이 증명되었습니다. 그럼에도 불구하고, 라마르크의 이론의 의의는 종의 다양성이 생겨나는 기본 원리를 처음으로 제시하였다는 데에 있습니다. 이로부터, 진화적인 변화는 점진적으로, 끊임없이 일어난다는 현대 진화이론이 발전하였습니다. 그는 고대의 바다 조개를 연구하면서 오래된 것일수록 생김새가 단순하다는 것을 발견하였으며, 이를 통해 종은 단순한 것에서 출발하여 끊임없이 복잡한 것을 지향한다고 결론지었습니다.

 

 

 

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2. 자연선택설(Natural selection)

 

자연선택은 찰스 다윈(Charles Robert Darwin)이 처음 제기한 이론으로서 다윈이 주장한 진화론에 있어서 가장 핵심이 되는 부분입니다.

다윈은 그의 저서 《종의 기원(The Origin of Species)》에서, 부모가 가지고 있는 형질이 후대로 전해져 내려올 때 '자연선택'을 통해 주위 환경에 보다 잘 적응하는 형질이 선택되어 살아남아 내려옴으로써 진화가 일어난다고 주장하였습니다.

생물 개체는 같은 종이라도 환경에 적응하며 여러 가지 변이(variation)를 나타내게 되는데, 이 중 자신의 생존과 번식에 유리한 변이로의 선택이 나타나서 후대까지 전해져 내려간다는 것입니다. 이 때, 주위 환경의 자원은 한정되어 있어서 생물은 같은 종이나 다른 종의 개체와 경쟁을 해서 살아남아야 하는데, 이 것을 생존경쟁(struggle for existence)이라 부릅니다.

자연선택설은 다윈 이전까지의 진화론에서는 거의 전례가 없었던 독창적인 이론으로서, 현재까지도 진화론을 뒷받침해주는 가장 좋은 가설로 받아들여지고 있습니다.

잘 알려진 예시로는 1950년대에 유럽에서 관찰된 점박이나방의 공업암화현상이나, DDT의 살포에 의해 1960년대 이후의 모기들이 DDT에 내성을 가지게 된 현상을 들 수 있습니다. 

 

1)다윈의 자연선택설

조금 더 자세히 살펴보겠습니다. 본래 다윈이 자연선택이라는 개념에 착안한 것은 인위 선발(artificial selection) 때문입니다. 인간은 동물과 식물을 필요에 맞게 키워 왔습니다. 이 과정에서 몸이 더 크고, 수확량이 더 많은 등, 인간에게 유리한 형질을 추려 내서 인위적으로 교배를 시켜 원하는 형질을 얻는 품종 개량이 계속되었습니다. 품종 개량은 말 그대로 인위적인 선택이지만, 다윈은 이러한 품종 개량이 자연에서도 일어난다고 생각하였습니다.

즉, 자연 환경이 생물 종을 솎아낸다는 발상을 떠올린 것입니다.

하지만 다윈은 자연에 어떤 의지가 있어서 자연선택이 이루어지는 것이 아니라고 생각했기 때문에 자연선택이 가치중립적이라는 사실을 설명하는 데 많은 노력을 기울였습니다.

또한 다윈의 발상에서 생물이 가지는 변이는 현재 생물학에서 이야기하는 돌연변이(mutation)와 근본적으로 다른 개념으로, 환경 조건에 따라서 조금씩 변화하며 자손으로 유전된다는 방식이었습니다. 이는 라마르크의 용불용설과 비슷한 개념이었습니다.

 

2) 사례 

자연선택설의 유명한 사례로는 위에서 잠깐 소개했던 공업 암화 현상(industrial melanism)이 있습니다. 영국에는 예전부터 나무 줄기에 앉는 습성이 있는 점박이 나방(peppered moth)이 있었는데, 이들을 원래 색상이 밝았습니다. 하지만 산업 혁명(industrial revolution) 동안 공업화로 인해 그을음(soot)으로 나방이 앉는 나무의 색깔이 어두워지면서 어두운 색을 지닌 나방은 적으로부터 숨을 수 있는 이점(benefit)을 갖게 되었습니다. 그리고 어두운 색을 지닌 나방의 생존 확률이 더 높아지면서 그들의 어두운 색 유전적 기질(genetic trait)이 자손에게 전해지게 되고 이 곳 맨체스터 지역의 나방은 거의 다 어두운 색의 나방으로 바뀌게 되었다고 합니다.  

 

 

 

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3. 돌연변이설(mutation theory)

 

다윈(C. Darwin)이 진화론을 처음 주장했을 때, 그는 실질적인 진화의 원인에 대해서는 잘 설명하지 못하였습니다. 다윈은 제뮬(gemmule)이라고 하는 유전을 일으키는 입자가 온 몸에 흩어져 있다가 환경에 의해 변화하고, 생식을 통해 다음 세대로 전달된다는 생각을 가지고 있었고 이는 판게네시스(pangenesis)라고 하는 오래된 발상에 기반합니다.

당시 식물학자였던 드 브리스 역시 기본적으로는 판게네시스에 기반하고 있었지만, 이러한 유전 입자가 조금씩 변화를 일으켜서 진화가 일어난다는 다윈의 입장에 대해서는 회의적이었습니다. 드 브리스는 판겐(pangen)이라고 하는, 다윈의 제뮬과는 달리 거의 변화하지 않는 유전 단위를 가정하여 자신의 이론을 펼쳤습니다.

이러한 이론을 증명하기 위해 드 브리스는 1886년부터 달맞이꽃을 이용해서 재배 실험을 시작하여, 1896년에 멘델의 법칙을 재발견하였습니다. 이 과정에서 7가지 종류의 새로운 형질을 가진 달맞이꽃을 발견하게 되는데, 다시 씨앗을 심어서 조사한 결과 이 형질들은 모두 유전된다는 사실을 알게 되었습니다.

드 브리스는 이러한 관찰을 바탕으로 하여 1901년에 "돌연변이설(The Mutation Theory: Die Mutationstheorie)"을 출판하여 돌연변이설을 제창하고 돌연변이(mutation)와 돌연변이체(mutant)라는 말을 처음으로 만들었습니다. 

  
1) 드 브리스의 돌연변이설

드 브리스는 돌연변이가 진화에 있어서 가장 중요한 원인이라고 생각하였습니다. 드 브리스의 생각에 따르면, 유전 단위 판겐은 일반적으로는 매우 안정한 물질로서 다윈의 이론과는 달리 빈번하게 변화하지 않습니다. 하지만 이 유전 단위는 간혹 매우 불안정한 상태가 되는데, 이 때 유전 단위가 변형되어 새로운 종이 출현합니다. 이러한 유전 단위의 변형이 바로 돌연변이입니다.

다윈이 주장한 자연선택은 일어나지만, 그것은 단지 이렇게 해서 만들어지는 새로운 종이 살아남느냐 아니냐 하는 부차적인 문제일 뿐이지 생물 진화의 기본적인 원인이 될 수 없다는 것이 드 브리스의 입장이었습니다. 이러한 입장은 자연선택을 진화의 기본 원인으로 보는 다윈주의(Darwinism)에 대비되어 멘델주의(Mendelism)로 불리기도 하였습니다.

이러한 드 브리스의 돌연변이설은 종이 갑자기 만들어진다는 도약진화설(saltationism)에 가까운 것으로, 돌연변이가 누적되어 결국 자연선택을 통해 진화, 즉 종분화가 일어난다는 현재의 진화론과는 어느 정도 차이가 있습니다.

실제로 돌연변이를 통해서 곧바로 종분화가 일어나는 일은 관찰되지 않았기 때문에 이러한 근본적인 돌연변이설은 현재 그대로 받아들여지지는 않습니다. 
  

 

2) 돌연변이설의 통합 

돌연변이설은 1930년대에 신다윈주의(neo Darwinism)의 근대적 종합(modern synthesis)을 통해 전체 진화론으로 통합되었습니다. 근대적 종합은 멘델의 법칙을 기반으로 한 유전학과 다윈의 진화론을 통합하는 데에서 시작된 것입니다.

즉 유전자의 변화가 진화의 근본을 이루며 유전자는 돌연변이를 통해 변화합니다. 이렇게 변화한 유전자는 표현형을 변화시키며, 이는 결국 자연선택으로 이어지게 됩니다.

드 브리스는 이러한 근대적 종합에서 다윈이 설명하지 못했던 부분인 진화의 원인을 발견하는 데 가장 중요한 역할을 한 셈입니다. 이러한 근대적 종합은 현대 진화론의 기반이 되었으며 돌연변이와 자연선택에 의한 진화는 가장 잘 알려진 진화론적 사실로 받아들여지고 있습니다.

 

 

 

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더운 여름이 시작되었네요! 공부해야할 것들이 너무 많지 않나요?

그래도 운동도 하고 스트레칭도 하시면서 인내의 시간 후회없이 공부하셔서 좋은 결과 만드셨으면 좋겠습니다.

응원할께요!! 

 

[출처]

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[네이버 지식백과] 돌연변이설 [mutation theory, 突然變異說] (두산백과)

[네이버 지식백과] 자연선택 [natural selection, 自然選擇] (두산백과)

[네이버 지식백과] 용불용설 [Theory of Use and Disuse, 用不用說] (두산백과)

[네이버 지식백과] 진화 [進化, evolution] (Basic 중학생을 위한 과학 용어사전, 2007. 2. 7., 이수종)