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영국의 주간지인 ‘뉴 사이언티스트’ 인터넷 판은 9일(현지시각) 성의 기원에 대한 ‘티에리 로드(Thierry Lode)’의 글을 실었다. 주요 골자를 발췌 게재한다.

“성(性)는 매우 원초적인 것이지만, 많은 부정적인 면에도 불구하고 성공한 것은 진화론적으로 큰 수수께끼”라며 이에 관한 자신의 주장을 밝혔다.

그의 주장은 아래와 같다.

“생물학적으로 인간과 같은 유기체에 있어서 성(性)이 생식을 위한 훌륭한 해법이라고는 생각되지 않는다”면서 “인간은 진핵(眞核)생물로서 막으로 둘러싸인 세포 안에 복잡한 정보가 들어 있으며, 무성생식에서는 개체가 초월함수적으로 증가하는데, 이것은 다른 어떠한 섹스 전략보다 진정 우월하다”고 보고, 각세대에서 수가 배가 되기 때문이며, 반면에 유성 생식의 경우는 수컷의 희생을 필요로 한다.

성(性) 전략에서 생각할 수 있는 대부분의 이점은 이 방법이 유전자적인 변화를 확대할 수 있다는 아이디어에서 비롯된다. 즉, 돌연변이 모델에서는 유성 생식이 돌연변이를 감소시키는데, 생식 과정에서 DNA 재합성으로 자손에게 불리한 변화를 막을 수 있다고 제시한다. 그 결과로 유성 생식은 자손들에게 유전자적인 부담을 덜어주어 유리할 수 있는데 - 유전자적인 부담이란 각 세대의 가장 우월한 개체 대비 평균적인 개체들이 열등한 정도를 숫자로 나타낸 것을 말한다. - 좋지 못한 돌연변이 개체의 비율이 높을 때 그렇다.

유성 생식을 위한 특별한 세포 분열은 - 염색체를 반만 갖는 생식체를 생성하는 감수 분열이다. - 진핵생물의 일종의 DNA 회복 과정으로 처음 관찰됐다. 여기서는 이중 구조인 DNA 분자 각각의 가닥이 새로운 짝이 되는 DNA 가닥을 복제하기 위한 템플레이트가 되는데, 손상된 DNA를 회복할 수 있도록 하는 것이다. 이러한 가설은 유전자 재합성을 유전자 정보가 전달되는 과정에서 발생하는 "교란(noise)"에 대응하는 것으로 보는 것이다. 염색체는 상대 염색체로부터 정보를 복제할 수 있으며 이 정보로부터 필요하면 자신의 손상된 정보를 회복하는 것이다.

그렇기는 하지만 이 메커니즘은 DNA 재합성 시에 회복 과정이 자연 손상 속도보다 빨라야 할 것을 요구한다. 게다가 재합성 시의 회복 시스템은 원핵생물이나 진행 생물 양쪽에 존재하므로, 감수 분열은 진핵생물만으로 한정되므로, DNA 회복 가설은 유성 생식의 장점을 설명하기에는 부족하다.

붉은 여왕 가설이란?

‘붉은 여왕 가설’이란 루이스 캐롤의 '거울 나라의 앨리스'(Through the Looking-Glass, '이상한 나라의 엘리스'의 속편이다.)라는 글에 나오는데, 붉은 여왕이 이렇게 말한다. "아무리 발버둥 쳐봐야 같은 방이란다." 이 가설은 유성 생식의 장점을 각 개체 수준에서 설명하려 하는데, 경쟁 종족 간의 일종의 진화론적 무기경쟁이라고 한다. 유성 생식은 다양한 자손을 생성하여 질병 발생시에 살아남도록 하는데, 이와는 달리 단순 복제의 경우 자손에게 모두 유사한 게놈(genome)을 물려주어 만일의 경우 취약하게 된다는 것이다. 한편 유성 생식에서의 다양성은 또한 성을 갖는 개체가 병원균도 함께 진화하는 것을 허용한다.

그러나 이러한 가설은 중요한 장벽에 부딪히게 된다. 우선 섹스는 같은 유성 혈통 내에서 기생체에 저항하는 것을 유리하게 함으로써 결과적으로 유성의 종족은 무성 종족 대비 보다 자주 다양해진다. 사실 무성 그룹은 유성 종족과 비교하면 그리 다양하지 않다. 다양한 수생 유기체 군인 담륜충(擔輪蟲)에서 보는 바와 같다.

다음으로 기원의 문제가 있다. 무성 증식하는 벌레를 연구해 보면 그들의 복합적인 기원을 드러내는데, 현재는 무성 생식이지만 선조는 유성 생식했다는 것이다.

또 다른 장벽은 성(性)은 세대간 선택이라는 이점이 예상된다는 것이지만 유성 생식 방식에서의 선택과 자손의 생존능력 및 이에 따라 선호되는 재결합 간의 연관관계는 빈약하다. -따라서 붉은 여왕 모델은 장기적으로는 성에 대한 이점을 추론하는데 쓰일 수 없다. 그리고 실험 결과도 그리 명확하지 않다. 성의 재결합은 좋은 게놈(genome)을 생성하기 보다는 더 자주 붕괴시킨다. 그리고 일부 무성 복제 종족이 보다 큰 잠재적 적응 능력을 지닌다.

자 그럼 성의 진화를 어찌 이해할 것인가? ‘난봉꾼 버블’ 이론

여기서 난봉꾼 버블 이론을 보자. 성이란 증식의 장점을 제공하기 보다는 두 유기체 간에 게놈의 교환으로 보는 것이 낫다는 것이다. 생명을 갖는 세포를 창조하는데 중요한 역할을 했던 원시 대양의 전생물적(前生物的) 버블 가운데 있었던 태고의 수평적 유전자 전달 과정으로부터 기인한 것으로 말이다. 내 이론은 성(性)이 3 가지 중요한 원초적 조건으로부터 기인했음을 제시하고자 한다.

첫째, 버블은 자발적으로 형성되어 유전자 물질을 위한 우호적인 환경을 생성한다.

둘째, 이들 버블의 "난잡한(promiscuous)" 성질은 특히 난봉꾼 버블에게는 유전자 물질의 전달을 허용함으로서 점차 일련의 세포막 조직의 도태를 유도하게 되었고,

세 번째, 과도하게 불어난 DNA가 원시 감수 분열식 재합성을 조장하게 되었다.

이들 버블은 마침내 물질을 형성하고 교환하기 시작한 것이다. 유전자 물질의 교환에 포함된 상호 작용은 자가 증진 원소가 유전자 정보를 퍼뜨리게 되는 메커니즘이 될 수 있으므로, 유전자 교환을 하는 버블은 이로 인하여 적응 변이에 유리했던 것이다.

유전자의 표류는 버블이 점진적으로 변화해 감을 의미했다. 이 과정에서 적합한 유전자 물질을 교환하고 혹은 아마도 복제할 수 있도록 허용하기 위해서는 원시 세포막은 다공성(多孔性)을 지녀야 했을 것이다. 아마도 이들 교환은 버블간 유전자 내용에 불균형을 증대시켰을 것이며 일부 버블은 많은 유전자를 잃었고 또 어떤 것은 너무 많은 유전자를 얻게 되었을 것이다.

이제, 감수, 반수, 배수 사이클(meiosis and haplo-diploid cycles)은 초기 진화 과정에서 기본적인 프로세스가 되었다. 그리고 사실 이런 상호 작용이 안정 상태에 들어섬에 따라 효율적으로 방탕한 버블을 선택하는 원시적인 성(性) 관계를 형성하기에 충분하게 되었다. "여성" 감수 분열의 비대칭적 성격은 4개의 유전자 요소로부터 이기적으로 하나만 선택하는데, ("남자"의 경우는 4개가 모두 보존된다. 성염색체가 여자는 XX, 남자는 XY이며, 각각의 염색체가 2 가닥으로 되어 있음을 생각해 보라.) 점차 "가출"하게 된다.

연결고리의 마지막 체인은 진핵 생물에 있어서 성(性)과 감수결합(meiotic recombination)은 스트레스가 많은 조건에서 유도된 것으로 알려졌다는 것이다. 열악한 조건에서 유전자 교환은 대사 반응에서 단백질을 새롭게 할 수 있으며 따라서 가장 방탕한 원시 세포간 상호 작용은 서로 도움이 되었을 것이다. 그리고 유전자 교환은 원시 진핵생물을 새로이 적응하는 돌연변이로 차별화하는 비율을 높일 수 있었고, 성(性)을 조장하게 되었다.

진화의 역사에서 성적인 교환의 효율성은 반수 생식체의 형성으로 촉진되었으나, 정자와 난자간의 불균형은 이성간 투쟁의 기초가 되기도 하였다. 수많은 정자를 생산하는 능력은 남성은 많은 파트너를 만날 수 있다는 것을 의미하며 유전자를 많은 자손에게 전해주게 되는 것이다. 여성은 이와 대조적으로 그런 방법으로 자손을 얻을 수 없다. 대신, 특정한 남성을 선택적으로 선호함으로서 생식의 성공률을 높인다.

이성간 투쟁은 이제 성(性)을 조작하려는 시도를 드라이브하는 것으로 이해된다. 이성간 투쟁으로 야기된 적대적 상호 진화는 그토록 많은 무성 동물이 유성 종족으로부터 기인했음을 합리적으로 설명할 수 있게 한다. 부모 게놈의 유전자적 일탈이 자손대인 잡종(hybrid)의 번식력을 극적으로 감소시키기 충분할 수 있었으며 따라서 무성 방식의 재생 방법을 유도할 수 있었다.

내 이론은 인색하게 남아 있다 :  DNA는 원시 페포간 접촉 및 비대칭 교환을 위하여 원시 세포막을 통과해야 한다. 세포막으로 둘러싸인 단백질 혹은 게놈 교환에 유리한 메커니즘을 갖춘 버블은 진화 잠재력을 갖으며 다른 버블보다 상호 작용의 경향이 보다 강할 것이다. 가장 방탕한 버블은 - 유전자 교환을 하는 것들인데 - 유전자 갱신이 선택적 변이를 조장하므로 유리할 것이다. 원시 상호 작용에 초점을 맞추자면, 도태에 대한 압박이 원시세포 진화의 원초단계에서 유성 생식의 출현을 야기했을 수 있다. 원시 진핵 버블간의 경쟁이라기보다는 유전자 물질 교환을 스스로 안정화 시키려는 과정이 효율을 높이고 강화시켰을 것이다. 이 모든 것이 성(性)이란 것은 생식을 위한 해법이 아니라 원초적 상호작용이라 보는 것이 좋다는 것이다.