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🎁댓글 이벤트🎁 이 세상에 불멸의 생물이 있을까? 💀인간은 왜 죽는가 Part.2 l 선을 넘는 과학자들

인간의 노화와 죽음은 오랜 시간 동안 자연스러운 현상으로 여겨져 왔습니다. 하지만 모든 생물이 반드시 죽음을 맞이하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 히드라와 해파리와 같은 일부 생물은 영생을 누릴 수 있다고 알려져 있습니다. 이들은 수명의 한계가 거의 없으며, 실제로 실험실에서 키우는 동안 죽는 모습을 본 적이 없을 정도입니다. 이러한 생물의 존재는 우리가 알고 있는 생로병사의 개념에 의문을 던지게 합니다. 특히 해파리는 유성생식과 무성생식을 모두 할 수 있는 독특한 생물입니다. 해파리는 정자와 난자를 통해 새끼를 만들고, 수정란에서 유생이 태어난 후 폴립 단계로 변합니다. 이 폴립 단계는 무성생식으로 개체 수를 늘리다가, 특정 조건에서 메두사 단계로 변태합니다. 메두사 단계는 다시 유성생식을 하며 새로운 개체를 탄생시키지만, 홍해파리의 경우 죽기 직전 폴립 단계로 되돌아가 다시 생을 이어갑니다. 이처럼 해파리는 회춘과도 같은 과정을 반복하며 영생을 영위할 수 있습니다. 이러한 영생 생물들의 공통점은 무성생식이 가능하다는 점입니다. 히드라와 해파리, 그리고 말미잘 등은 몸의 일부에서 새로운 개체가 자라나는 무성생식을 할 수 있습니다. 인간은 오직 유성생식만 가능하지만, 이들 생물은 무성생식과 유성생식을 모두 활용합니다. 무성생식은 자기 복제와도 같아서, 한 개체가 여러 개체로 빠르게 늘어날 수 있습니다. 이로 인해 해파리와 같은 생물들이 바다를 뒤덮을 정도로 번식할 수 있는 것입니다. 무성생식이 가능한 생물들은 진화적으로도 독특한 위치를 차지합니다. 유성생식 생물은 생식세포의 성공만이 중요하지만, 무성생식 생물은 체세포 전체가 생식에 관여할 수 있습니다. 따라서 몸 전체의 세포를 건강하게 유지해야 하며, 자연 선택은 이들에게 오래 살 수 있는 능력을 부여합니다. 이러한 특성 덕분에 무성생식 생물은 노화의 그림자가 거의 드리워지지 않고, 영생을 누릴 수 있습니다. 해파리는 무성생식과 유성생식, 그리고 노화와 영생을 모두 경험하는 특별한 생물입니다. 메두사 단계에서는 인간처럼 유성생식만 하며 노화와 죽음을 겪지만, 폴립 단계에서는 무성생식과 재생 능력을 통해 영생을 누립니다. 같은 DNA를 가지고도 환경과 생식 방식에 따라 전혀 다른 삶의 형태를 보이는 해파리는 생식과 노화의 숨은 고리를 보여줍니다. 이처럼 하나의 생물이 두 가지 삶을 오갈 수 있다는 사실은 생명의 신비로움을 다시금 일깨워 줍니다.

국립과천과학관선을 넘는 과학자들🔬

생명과학

[술술과학] 식물의 성생활🌱_식물 EP.05 (식물의 관점#4)

식물의 성생활은 유전적 다양성을 확보하여 불확실한 미래에 대비하기 위한 치열한 진화의 결과물입니다. 유성생식은 이미 물속 단세포 녹조류 시절부터 시작되었으며, 이는 유전자를 효율적으로 섞어 후손의 생존 확률을 높이는 핵심적인 방법이었습니다. 특히 생명체는 유전자가 하나인 반수체(n)보다 두 개인 이배체(2n) 상태를 선호하는데, 이는 치명적인 돌연변이로부터 자신을 보호하기 위함입니다. 유전자가 두 개라면 하나가 망가져도 다른 하나가 그 기능을 대체할 수 있기 때문입니다. 진화의 과정에서 식물은 점차 이배체인 포자체 시기를 늘리는 방향으로 발전해 왔습니다. 이끼의 경우 우리가 흔히 보는 초록색 몸체가 반수체인 배우체이며, 포자체는 여기에 조그맣게 기생하는 형태를 띱니다. 반면 고사리에 이르면 우리가 보는 커다란 잎 자체가 이배체인 포자체로, 독립적인 성체로서 생활하게 됩니다. 이처럼 취약한 반수체 상태보다 안정적인 이배체 상태로 지내는 시간이 길어진 것은 육상 환경의 혹독한 변화에 적응하기 위한 식물만의 영리한 생존 전략이었습니다. 씨앗의 등장은 식물 진화 역사에서 가장 거대한 혁신 중 하나로 꼽힙니다. 포자가 단순히 번식을 위한 최소한의 수단이었다면, 씨앗은 배를 보호하는 강력한 삼중 보호막과 영양분을 갖춘 완벽한 생존 패키지라 할 수 있습니다. 은행나무 씨앗처럼 단단한 껍질로 배를 감싸고, 새끼가 자랄 때 필요한 양분인 배젖을 함께 제공하는 방식입니다. 이는 마치 어미가 새끼를 떠나보낼 때 따뜻한 담요로 정성껏 감싸고 젖병까지 들려 보내는 것과 같습니다. 이러한 구조적 완성도 덕분에 식물은 척박한 환경에서도 후손을 안전하게 퍼뜨릴 수 있었습니다. 씨앗과 꽃가루의 발달은 식물이 진정한 의미에서 물이라는 환경적 제약을 완전히 벗어나게 해주었습니다. 이끼나 고사리는 여전히 정자가 물을 헤엄쳐 난자에 도달해야 했기에 물이 필수적인 환경에서만 번식이 가능했습니다. 하지만 겉씨식물과 속씨식물은 바람이나 곤충을 이용해 꽃가루를 전달함으로써 물 없이도 수정을 이뤄내는 능력을 갖추게 되었습니다. 특히 속씨식물은 씨앗을 씨방으로 한 번 더 감싸 보호 능력을 극대화했습니다. 이러한 변화는 식물이 지구상의 거의 모든 육상 환경으로 서식지를 넓히는 결정적인 계기가 되었습니다. 흥미롭게도 식물의 씨앗은 동물의 알과 구조적으로 매우 유사한 형태를 보입니다. 벼의 배와 배젖이 계란의 배아와 노른자에 대응하는 식인데, 10억 년 넘게 각자 진화했음에도 생존을 위한 최적의 전략이 닮아있다는 점은 매우 놀라운 사실입니다. 또한 식물은 암수한그루부터 암수딴그루, 자가수정, 심지어 줄기나 뿌리를 통한 복제에 이르기까지 인간의 상상을 초월하는 다채로운 번식 방식을 구사합니다. 이러한 유연성과 다양성은 식물이 수억 년이라는 긴 시간 동안 지구의 주인으로 당당히 살아남을 수 있었던 강력한 생명력의 근원입니다.

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생명과학

[정말 읽었니?#7] 전중환 교수 "[이기적 유전자]가 싸구려 대중과학서라고?" (2편 심화)

리처드 도킨스는 진화의 기본 단위를 개체가 아닌 유전자로 정의하며 '유전자 선택론'을 일관되게 주장해 왔습니다. 동료 과학자들이 개체 수준의 포괄 적합도를 논할 때도, 그는 유전자가 자신의 복제본을 다음 세대에 더 많이 남기려는 관점이 훨씬 명확하다고 강조했습니다. 유전자는 스스로를 복제하는 '복제자'이고 개체는 이를 운반하는 '운반자'일 뿐이라는 구분은 현대 생물학의 핵심 원칙으로 자리 잡았습니다. 이러한 시각은 생명 현상을 개체의 의도가 아닌 유전자의 생존 전략이라는 더 근본적인 차원에서 이해하게 해 줍니다. 자연계에서 관찰되는 개체의 이타적 행동은 사실 유전자의 이기적 계산에서 비롯됩니다. 유전자는 자신이 속한 개체에게 손해가 되더라도, 다른 개체의 몸속에 있는 자신의 복제본이 생존할 확률인 '근연도'를 고려하여 행동을 결정합니다. 상대방이 얻는 이득에 근연도를 곱한 값이 자신의 희생보다 크다면, 유전자는 결과적으로 다음 세대에 더 많은 복제본을 남기는 순이득을 얻게 됩니다. 따라서 겉으로 보이는 숭고한 희생은 유전자가 자신의 복제본을 퍼뜨리기 위해 설계한 정교한 생존 방식의 결과물이라고 해석할 수 있습니다. 도킨스는 '진화 가능성'이라는 개념을 통해 생명체의 구조적 설계가 진화의 속도와 방향에 미치는 영향을 설명합니다. '눈먼 시계공'에서 보여주듯, 단순한 형태에서 시작된 무작위적 변이가 복잡한 생명체로 진화하기 위해서는 유효한 변이를 지속적으로 생산할 수 있는 건축적 토대가 필요합니다. 예를 들어 좌우대칭과 같은 짜임새 있는 설계도를 가진 생물군은 무질서한 구조보다 진화 가능성이 훨씬 높습니다. 이는 특정 집단이 선택된 결과가 아니라, 변화를 수용하고 발전시킬 수 있는 구조적 우수성이 진화를 가속화한 것입니다. 유전자의 관점에서 개체는 유전자를 전달하기 위한 일회용 소모품에 불과하며, 이는 노화와 성의 진화 원리와도 맞닿아 있습니다. 유성 생식은 유전적 다양성을 높여 생존 이득을 제공하지만, 그 과정에서 개체는 에너지를 소모하고 결국 노화라는 과정을 겪으며 폐기됩니다. 또한 뇌는 유전자가 모든 행동을 직접 통제하기 비효율적이기 때문에 만들어낸 중추 사령부입니다. 인간은 이 뇌를 통해 이성을 발휘하며, 유전자가 심어놓은 원초적인 본능과 정서적 추동력을 스스로 조절하고 통제할 수 있는 독특한 능력을 갖추게 되었습니다. 문화적 진화를 설명하는 밈(Meme)은 유전자와 유사한 방식으로 작동하며 우리 사회의 가치관이나 유행어, 건축 양식 등을 전파합니다. 이러한 문화적 요소들은 모방을 통해 사람들의 머릿속으로 옮겨지며 독자적인 진화 과정을 거칩니다. 한편, 진화적으로 안정된 전략(ESS)은 특정 전략이 집단 내에 자리 잡으면 다른 변이가 침투할 수 없는 상태를 의미합니다. 이는 진화의 역사에서 더 이상 변화가 일어나지 않는 종착역과 같은 지점입니다. 진화적으로 안정된 전략(ESS) 개념을 통해 우리는 동물의 행동이나 사회적 규범이 특정 방식으로 고착되는 이유를 과학적으로 분석할 수 있습니다.

전중환

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생명과학

[석학인터뷰] 류형돈_인간은 왜 늙고 노화할까요? | 2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體'

생물학적 관점에서 노화는 엔트로피에 의해 신체 부속품이 망가지는 속도와 이를 수리하는 속도 사이의 균형으로 설명됩니다. 불로장생하거나 장수하는 생물들은 대개 뛰어난 수리 능력을 갖추고 있습니다. 반면, 수리보다는 다른 기능에 에너지를 집중하는 생명체들은 상대적으로 빨리 늙는 경향이 있습니다. 예를 들어 말미잘은 손상된 부위를 완벽하게 고치며 노화를 억제하지만, 그 대가로 뇌나 근육 같은 복잡한 기관을 발달시키지 못했다는 특징이 있습니다. 성장과 노화의 상관관계는 생물 종마다 다르게 나타납니다. 박테리아처럼 성장이 노화로 이어지지 않는 경우도 있지만, 포유류를 포함한 많은 유성생식 생명체에서는 성장이 빠를수록 노화도 촉진되는 특성을 보입니다. 같은 종 내에서도 덩치가 큰 개체들이 더 빨리 늙는 사례가 많으며, 인간의 경우에도 과도한 성장을 유발하는 거인증 환자들이 젊은 나이에 각종 질환에 시달리는 반면, 저신장증을 가진 이들은 노화 관련 질병의 빈도가 낮다는 연구 결과가 존재합니다. 현재 인류의 최대 수명은 약 120세 정도로 추정되며, 이는 통계적으로 벨 커브 형태의 분포를 보입니다. 사회가 건강해짐에 따라 120세에 도달하는 사람들의 숫자는 점차 늘어날 수 있겠지만, 생물학적 한계 자체가 단기간에 확장될 징후는 뚜렷하지 않습니다. 따라서 수명의 한계를 무리하게 늘리는 것보다는 주어진 시간 동안 얼마나 건강하게 삶을 유지하며 노화 관련 질병을 예방하느냐가 현대 과학의 중요한 화두가 되고 있습니다. 과학적 발견의 과정은 때로 스릴러 영화처럼 흥미진진한 전개를 보여주기도 합니다. 제임스 왓슨의 저서 '이중나선'은 DNA 구조를 발견하기까지의 치열한 경쟁과 갈등을 생생하게 묘사하여 많은 젊은 과학자들에게 영감을 주었습니다. 이러한 기록들은 발견이 단순히 실험실 안의 정적인 작업이 아니라, 때로는 타인의 데이터를 참고하거나 경쟁하는 것과 같은 인간적인 욕망과 열정이 뒤섞인 역동적인 과정임을 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 대중에게 과학적 원리를 전달하는 것은 연구만큼이나 가치 있는 일입니다. 전문적인 논문을 쓰는 것에서 나아가, 일반인들이 노화의 과학을 쉽게 이해할 수 있도록 일상적인 일화와 옛날이야기를 곁들인 서적을 집필하는 시도가 이어지고 있습니다. 과학적 지식이 상아탑 안에만 머물지 않고 대중의 흥미와 결합할 때, 비로소 더 많은 이들이 과학적 사고의 즐거움을 느끼고 건강한 삶에 대한 통찰을 얻을 수 있게 되며 연구자 또한 보람을 느끼게 됩니다.

류형돈

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생명과학

[강연] 성(Sex); 성이라는 수수께끼 _ by조세형｜2019 가을 카오스강연 '도대체 都大體' | 5강

생물학적 관점에서 성이란 단순히 남녀의 결합을 넘어선 심오한 의미를 지닙니다. 국어사전에서는 성을 남녀의 구별이나 육체적 특질, 혹은 관계와 관련된 일로 정의하곤 합니다. 하지만 생명과학의 세계에서 성은 생명의 연속성을 유지하기 위한 가장 핵심적인 속성인 생식과 떼어놓을 수 없는 관계에 있습니다. 지구상의 모든 생명체는 수명이 유한하기에 자신과 닮은 개체를 만들어 멸종을 막아야 하며, 이 과정에서 성은 생명 진화의 역사 속에서 가장 흥미로운 수수께끼 중 하나로 자리 잡고 있습니다. 생식의 방식은 크게 무성생식과 유성생식으로 나뉩니다. 아메바와 같은 단세포 생물은 자신의 유전 정보를 그대로 복제하여 분열하는 무성생식을 통해 자신과 동일한 자손을 만들어냅니다. 반면 인간을 포함한 대부분의 진핵생물은 암수의 결합이 필요한 유성생식을 선택합니다. 유성생식은 감수분열을 통해 부모가 가진 유전자의 절반만을 자손에게 전달하는 복잡한 과정을 거칩니다. 이는 효율성 측면에서 의문을 자아내지만, 지구상에 존재하는 다세포 생물의 압도적 다수가 이 방식을 고수하고 있다는 점은 매우 주목할 만한 사실입니다. 유성생식은 경제적 관점에서 보면 매우 비효율적인 전략이라고 할 수 있습니다. 존 메이나드 스미스는 이를 '성의 이중 비용'이라 불렀는데, 자손을 직접 낳지 못하는 수컷을 생산해야 하며 부모의 유전자를 절반밖에 물려주지 못하기 때문입니다. 또한 짝을 찾고 구애하는 과정에 엄청난 시간과 자원을 소모해야만 합니다. 초파리의 복잡한 구애 춤이나 화려한 깃털을 가진 새들의 사례처럼, 유성생식을 하는 생명체는 번식을 위해 생존에 불리할 수도 있는 위험과 비용을 기꺼이 감수합니다. 이러한 고비용 저효율 구조가 유지되는 이유는 무엇일까요? 아우구스트 바이스만은 성이 유전적 다양성을 증가시켜 자연선택이 작용할 재료를 만든다고 주장했습니다. 유성생식 과정의 감수분열에서는 염색체의 무작위 조합과 교차가 일어나며, 이를 통해 부모와는 다른 독특한 유전 형질을 가진 자손이 태어나게 됩니다. 인간의 경우 800만 가지 이상의 정자와 난자 조합이 가능하여 천문학적인 수준의 다양성이 확보됩니다. 이러한 변이는 급변하는 환경 속에서 집단이 살아남을 확률을 높여주며, 다윈이 제시한 자연선택에 의한 진화가 가능하게 하는 핵심적인 원동력이 됩니다. 돌연변이의 관점에서 성의 이점을 설명하는 '멀러의 래칫' 가설도 매우 설득력이 있습니다. 무성생식을 하는 개체는 유전 정보를 그대로 복제하기 때문에 세대를 거듭할수록 해로운 돌연변이가 누적되는 것을 피하기 어렵습니다. 마치 한 번 돌리면 되돌릴 수 없는 톱니바퀴처럼 결함이 쌓여 결국 종의 멸종으로 이어질 수 있는 것입니다. 하지만 유성생식은 재조합과 교차를 통해 해로운 돌연변이가 없는 건강한 염색체를 선택하고 복구할 수 있는 기회를 제공합니다. 즉, 성은 유전적 오류를 정화하여 종의 건강성을 유지하는 필터 역할을 수행합니다. 생태계 내의 끊임없는 종간 경쟁 또한 성의 존재 이유를 잘 설명해 줍니다. 루이스 캐럴의 소설에서 유래한 '붉은 여왕 가설'은 주변 환경과 경쟁자가 끊임없이 변화하는 상황에서 생명체가 생존을 위해 겪어야 하는 고충을 담고 있습니다. 생명체는 기생충의 공격에 대응하기 위해 자신의 유전적 구성을 매 세대 새롭게 바꿔야만 도태되지 않습니다. 유성생식은 자손의 형질을 다양하게 변화시킴으로써 기생충이 방어벽을 뚫기 어렵게 만듭니다. 실제 연구를 통해 유성생식을 하는 개체가 기생충과의 경쟁에서 훨씬 유리하다는 사실이 입증되기도 했습니다. 현대 과학은 내분비 교란 물질과 Y염색체의 퇴화 등 성을 위협하는 새로운 도전들에 직면해 있습니다. 산업화로 인한 내분비 교란 물질은 생명체의 생식 기능을 저하시키고 있으며, 남성을 결정하는 Y염색체는 진화 과정에서 점차 그 크기가 줄어들고 있습니다. 그럼에도 불구하고 성은 단순한 번식 수단을 넘어 생명의 창조성과 다양성을 담보하는 근간으로 굳건히 남아 있습니다. 유성생식이 가진 복잡한 구조를 뛰어넘는 결정적인 이점이 무엇인지에 대한 탐구는 여전히 진행 중이며, 이는 생명 탄생의 신비를 푸는 소중한 열쇠가 될 것입니다.

조세형

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생명과학

[석학인터뷰] 조세형_SEX는 고비용 저효율?!｜2019 가을 강연 '도대체 都大體'

지구 탄생 초기 생명체들은 대부분 무성 생식을 통해 번식했을 것으로 추정됩니다. 하지만 진화의 역사를 거치며 생명체는 조건부 유성 생식을 거쳐 완전한 유성 생식의 형태로 진화해 왔습니다. 성이 왜, 그리고 어떻게 나타나게 되었는지에 대해서는 아직 학계에서 뚜렷하게 합의된 이론이 존재하지 않습니다. 이러한 생명 현상의 기원은 생물학의 핵심적인 연구 과제이지만, 여전히 우리가 명확한 답변을 내놓기 어려운 미스터리로 남아 있습니다. 무성 생식과 비교했을 때 유성 생식은 생물학적으로 매우 높은 비용을 지불해야 하는 방식입니다. 무성 생식은 단순히 자신의 유전자를 복제하여 후손에게 전달하면 되지만, 유성 생식은 배우자를 찾고 유인하는 복잡한 과정이 필요합니다. 이 과정에서 포식자에게 노출될 위험이 커지며, 자신의 유전자 중 절반만을 후손에게 전달한다는 점에서도 효율성이 낮아 보입니다. 그럼에도 불구하고 자연계에서 유성 생식이 보편화된 이유는 무엇일까요? 먼저 유성 생식이 이로운 돌연변이를 고정하는 역할을 한다는 견해가 있습니다. 또한 '뮬러의 톱니바퀴' 가설은 무성 생식 과정에서 축적되는 해로운 돌연변이를 막기 위해 유성 생식이 진화했다고 설명합니다. 기생충과의 끊임없는 경쟁 속에서 살아남기 위한 전략으로 보는 '붉은 여왕 가설'도 유명합니다. 이처럼 성이 왜 진화했는가에 대한 질문은 여전히 완벽하게 풀리지 않은 과학적 수수께끼로 남아 있습니다. 자연계에는 암수가 고정된 경우 외에도 자웅동체와 같은 다양한 성의 형태가 존재합니다. 식물의 경우 암술과 수술이 한 꽃에 함께 있는 자웅동체 형태를 흔히 볼 수 있습니다. 동물 중에서도 애니메이션으로 친숙한 흰동가리는 무리의 암컷이 사라지면 수컷이 암컷으로 성을 전환하는 '순차적 자웅동체'의 특성을 보여줍니다. 인간의 관점에서는 남성과 여성이라는 이분법적 구분이 당연해 보일 수 있지만, 생태계 전체를 놓고 보면 성은 훨씬 더 유동적이고 다채로운 방식으로 나타납니다. 리처드 도킨스의 '이기적인 유전자'와 같은 고전은 많은 이들에게 생명 현상을 바라보는 새로운 시각을 제공했습니다. 특히 성의 기원과 진화에 대한 탐구는 사회생물학적 질문들과 맞물려 우리에게 깊은 통찰을 줍니다. 비록 성의 신비에 대한 완벽한 해답은 아직 나오지 않았지만, 과학자들은 끊임없이 가설을 세우고 이를 검증하며 생명의 본질에 다가가고 있습니다. 이러한 탐구 과정은 우리가 당연하게 여겼던 성이라는 주제를 다시금 생각해보게 하며, 미래의 연구자들에게 새로운 도전 과제를 던져줍니다.

조세형

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생명과학

[강연] 생명의 대변신과 변주 by장대익 | 2019 카오스콘서트 '변신, 기원이야기' 변신 (3) | 3부

생명의 역사는 단순한 원소에서 복잡한 유기체로 변모해온 경이로운 과정입니다. 하나의 세포에서 시작해 수조 개의 세포를 가진 인간이 되기까지의 여정은 마치 마법과도 같지만, 이는 45억 년이라는 유구한 시간 동안 자연이 일궈낸 필연적인 결과입니다. 우리는 흔히 진화를 거대한 미스터리로 여기지만, 그 이면에는 과학적으로 설명 가능한 정교한 메커니즘이 숨어 있습니다. 우주가 마법사라면 자연은 천재라는 말처럼, 생명은 끊임없는 변신을 통해 지금의 다양성을 확보하게 되었습니다. 찰스 다윈은 『종의 기원』을 통해 생명이 '사다리'가 아닌 '나무'의 형태로 진화한다는 혁신적인 관점을 제시했습니다. 과거에는 생명체가 고정된 순위에 따라 일직선으로 배열되어 있다고 믿었으나, 다윈은 공통 조상으로부터 가지가 뻗어 나가듯 종이 분화된다는 사실을 깨달았습니다. 이러한 '생명의 나무' 개념은 종교적 통념을 깨고 자연적인 원인에 의한 생명 이해의 길을 열었습니다. 모든 생명체는 각자의 가지 끝에서 독자적인 역사를 써 내려가고 있는 셈입니다. 우리는 흔히 진화를 하등한 것에서 고등한 것으로 나아가는 일직선상의 행진으로 오해하곤 합니다. 말이나 인간의 진화 과정을 그릴 때 작은 체구에서 큰 체구로, 혹은 원숭이에서 인간으로 변하는 도식이 대표적인 예입니다. 하지만 실제 진화는 수많은 가지 중 대다수가 멸종하고 운 좋게 살아남은 결과물입니다. 인간 역시 호모 속의 여러 종 중에서 유일하게 생존한 호모 사피엔스일 뿐이며, 진화의 최종 목적지라기보다는 거대한 생명의 나무에서 뻗어 나온 하나의 가지에 불과합니다. 자연 선택은 진화를 이끄는 가장 핵심적인 동력으로, 변이와 차별적 적합도, 그리고 대물림이라는 세 가지 조건이 충족될 때 작동합니다. 개체들 사이에는 반드시 차이가 존재하며, 그중 특정 환경에서 생존과 번식에 유리한 형질을 가진 개체가 더 많은 후손을 남기게 됩니다. 이러한 유리한 변이가 다음 세대로 전달되면서 종의 특성이 서서히 변화하는 것입니다. 이는 설계자 없이도 자연이 스스로 정교한 생명체를 빚어낼 수 있음을 보여주는 위대한 원리입니다. 복잡한 눈이나 뇌와 같은 기관이 어떻게 우연히 만들어질 수 있느냐는 의문은 자연 선택의 '누적 선택' 과정을 이해함으로써 풀립니다. 자연 선택은 한 번에 완벽한 결과물을 내놓는 것이 아니라, 금고 번호를 하나씩 맞춰가는 과정처럼 작은 이득을 주는 변이들을 수 세대에 걸쳐 쌓아 올립니다. 아주 미미한 빛을 감지하는 수준에서 시작해 정교한 시각을 갖추기까지, 자연은 눈먼 시계공처럼 목적 없이도 완벽에 가까운 적응을 이뤄냈습니다. 이러한 누적 선택은 불가능해 보이는 복잡성을 가능케 합니다. 생명의 역사에는 종 분화를 넘어선 거대한 전환점들이 존재했습니다. 최초의 복제 시스템인 RNA 월드의 등장부터 세포 내 공생을 통한 진핵생물의 출현, 그리고 유전적 다양성을 폭발시킨 성의 탄생이 그것입니다. 특히 성의 출현은 유전자를 섞어 새로운 조합을 만들어냄으로써 생태계에 전례 없는 풍요로움을 선사했습니다. 이러한 대변혁은 생명이 단순히 형태를 바꾸는 것을 넘어, 존재의 방식을 근본적으로 혁신하며 진화의 속도와 범위를 확장해온 과정이라 할 수 있습니다. 현대 진화생물학의 정점인 '이보디보(Evo-Devo)'는 서로 다른 생명체들이 놀랍게도 공통된 유전자 도구를 공유한다는 사실을 밝혀냈습니다. 초파리와 생쥐처럼 외형이 판이한 동물들도 신체 구조를 결정하는 '혹스(Hox) 유전자'라는 공통의 레고 블록을 사용합니다. 같은 유전자를 언제, 어디서, 얼마나 발현시키느냐에 따라 닭이 되기도 하고 비단뱀이 되기도 하는 것입니다. 결국 지구상의 모든 생명은 동일한 유전적 원리를 바탕으로 변주된 하나의 거대한 교향곡과도 같습니다.

장대익

카오스재단카오스콘서트

생명과학

[강연] Why so many? - 성 로잘리아의 축복과 쥐라기 공원 _ by최재천｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 7강 | 7강

생명의 본질은 복제에 있습니다. 가상의 DNA 본부에서 바라본 지구는 수많은 생명체가 각자의 데이터를 복제하며 살아가는 거대한 사업장과 같습니다. 여기서 중요한 것은 특정 종의 번영이 아니라 전체 복제량의 유지입니다. 인간이 지구 전역에 퍼져 성공을 거두었지만, 생태계의 관점에서는 하나의 종이 사라지고 다른 존재가 그 자리를 대신해도 복제의 원리는 멈추지 않습니다. 이러한 냉혹한 생명의 원리 속에서 우리는 다양성이라는 생존 전략을 발견하게 됩니다. 생명은 개별적인 존재의 안위보다 유전 정보의 지속을 우선시하며, 그 과정에서 수많은 변이를 허용합니다. 생태학의 아버지 허친슨은 산타 로살리아 성당의 연못에서 작은 딱정벌레들을 관찰하며 '생태적 지위(Niche)'라는 개념을 정립했습니다. 이는 자연계에 단순히 공간만 존재하는 것이 아니라, 시간과 자원을 나누어 쓰는 미세한 생태적 지위가 촘촘히 박혀 있음을 의미합니다. 겉보기에는 평범한 연못이라도 그 안에는 수많은 생명체가 서로의 영역을 침범하지 않고 공존할 수 있는 입체적인 틈새가 마련되어 있습니다. 이러한 생태적 지위의 분화가 바로 지구를 풍요롭게 만드는 다양성의 근간이 됩니다. 자연은 3차원적인 시공간을 쪼개어 더 많은 생명이 깃들 수 있는 자리를 끊임없이 만들어냅니다. 다양성은 종 사이뿐만 아니라 한 종 내부에서도 찬란하게 빛납니다. 무당벌레의 무늬가 개체마다 다르듯, 우리 인간도 저마다 고유한 외모와 특성을 지니고 있습니다. 거대한 대왕고래부터 눈에 보이지 않는 바이러스에 이르기까지 생명체는 크기와 형태의 한계를 넘나들며 존재합니다. 자연은 왜 이토록 복잡하고 다양한 형태를 만들어냈을까요? 그것은 단순히 보기 좋기 위함이 아니라, 변화무쌍한 환경 속에서 생명이 끊기지 않고 이어지기 위한 필연적인 선택이었습니다. 이러한 변이는 예기치 못한 환경의 변화에 대응할 수 있는 생명만의 보험과도 같습니다. 우리는 효율성을 위해 단일 재배(Monoculture) 방식을 택하곤 합니다. 하지만 바나나 농장처럼 유전적으로 동일한 개체들만 모여 있는 곳은 병충해나 환경 변화에 극도로 취약합니다. 살충제에 내성을 가진 곤충이 등장하면 순식간에 전체 생태계가 무너질 수 있기 때문입니다. 반면 다양한 생물이 어우러진 자연은 서로가 서로를 견제하고 보완하며 건강한 네트워크를 유지합니다. 다양성은 단순히 도덕적인 가치를 넘어, 생존을 위한 가장 강력한 방어 기제인 셈입니다. 획일화된 시스템은 관리하기 편할지 모르나, 작은 충격에도 전체가 붕괴될 위험을 내포하고 있습니다. 찰스 다윈은 '종의 기원'을 통해 지극히 단순한 시작으로부터 가장 아름답고 경이로운 형태들이 진화해 왔음을 역설했습니다. 그는 가축의 품종 개량(인위 선택)에서 힌트를 얻어 자연에서도 환경에 적합한 변이가 살아남는 '자연 선택'이 일어난다는 사실을 밝혀냈습니다. 돌연변이와 유전자의 흐름, 그리고 우연한 사건들이 겹치며 생명은 끊임없이 새로운 변이를 만들어냅니다. 이러한 과정은 설계된 계획이 아니라, 생명이 스스로 길을 찾아가는 역동적인 과정의 결과물입니다. 자연은 의도적인 선택이 아니라, 주어진 조건에서 최선을 다해 살아남은 결과들의 집합체라고 할 수 있습니다. 성 선택은 다양성을 가속화하는 또 다른 핵심 동력입니다. 암수가 서로를 선택하는 과정은 결코 무작위적이지 않으며, 이 신중한 선택을 통해 매 세대 독특한 유전자 조합이 탄생합니다. 공작의 화려한 꼬리나 개미의 자기희생적 행동은 생존 투쟁만으로는 설명하기 어려운 생명의 신비를 보여줍니다. 유성 생식을 통해 유전자를 섞는 행위는 번거롭고 위험할 수 있지만, 이를 통해 얻는 유전적 다양성은 종이 멸종의 위기를 극복하고 진화의 역사를 써 내려가는 원동력이 됩니다. 성은 유전자를 재조합함으로써 부모와는 또 다른, 새로운 가능성을 지닌 후손을 세상에 내놓습니다. 오늘날 인류는 유전자 조작과 기술 발전을 통해 스스로의 운명을 결정지으려 합니다. 하지만 인위적인 선택으로 다양성을 훼손하고 획일화된 길을 걷는다면, 우리는 예기치 못한 재앙 앞에 무력해질 수 있습니다. 이제 우리는 스스로를 '현명한 인간'이라 자부하는 호모 사피엔스를 넘어, 다른 생명체와 공존하며 지구를 공유하는 '호모 심비우스'로 거듭나야 합니다. 생태적 전환을 통해 다양성을 존중하고 보존하는 것만이 인류가 지구라는 터전에서 오래도록 지속될 수 있는 유일한 길입니다. 우리의 미래는 기술적 진보가 아니라, 자연의 다양성을 얼마나 포용하느냐에 달려 있습니다.

최재천

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