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선조의 유전자와 환경, 둘다 중요해


이번 주 ‘사이언스’는 나뭇가지 끝에 앉아있는 ‘갈색아놀(Anolis sagrei)’ 도마뱀 사진을 표지에 내걸었다. 다 자란 길이가 15cm에 불과한 이 도마뱀은 큰 나무가 우거진 숲에서 살면서 긴 뒷다리를 이용해 굵은 나뭇가지 위를 빠르게 지나다닐 수 있다. 간혹 뒷다리가 짧은 도마뱀이 나오더라도 키 작은 나무에 살면서 가느다란 나뭇가지 위에서 균형을 잘 유지할 수 있다.

미국 하버드대 제이슨 콜베 박사팀은 바하마 제도에 사는 이 도마뱀을 잡아 허리케인으로 도마뱀이 사라진 섬 7개에 암수 한 쌍씩 풀어놓고 4년에 걸쳐 자녀 세대의 변화를 관찰했다. 연구진은 이들 섬에는 키가 작고 나뭇가지가 가는 나무 밖에 없어 도마뱀 뒷다리의 길이가 짧아질 것으로 예상했다.

예상과 달리 1년이 지난 뒤, 각 섬에 사는 도마뱀의 뒷다리 길이는 제각각으로 나타났다. 도마뱀 뒷다리의 길이와 나뭇가지의 지름 사이에는 어떠한 연관성도 찾을 수 없었다. 연구진은 한 집단에서 아주 적은 수의 개체가 떨어져 나와 새롭게 집단을 형성할 때 유전자의 변화가 창시자의 유전자에 따라 무작위로 나타난다는 ‘창시자 효과’ 때문이라고 설명했다.

 

 




표지


하지만 4년이 지나자 모든 섬에서 도마뱀 뒷다리의 길이가 짧아지는 현상을 발견했다. 연구진은 환경에 적응한 개체만이 살아남는다는 생물진화의 주요 이론 ‘자연선택’을 거스리진 못한 것으로 해석했다.

그럼에도 각 섬에 사는 도마뱀들의 뒷다리 평균 길이의 순서는 최초 7쌍의 뒷다리 길이의 순서와 동일한 것으로 나타났다. 뒷다리 길이가 가장 긴 도마뱀을 푼 섬에서 뒷다리가 가장 긴 자손들이 나타난 것이다.

콜베 박사는 “이번 실험은 선조의 유전적·형태적 차이는 유지하면서도 전체적으로는 환경에 적응한다는 사실을 보여줬다”며 “진화에서 창시자 효과와 자연선택은 동시에 작용할 수 있다는 점을 확인시켜준 결과”라고 설명했다.






‘네이처’ 표지는 3억8000년 전 고생대 데본기의 숲을 재현한 그림으로 채워졌다. 표지 가운데를 가로지르는 나무는 육상 양치식물의 일종인 ‘와티에자(Eospermatopteris)’로 1920년대 미국 뉴욕주 길보아 지역의 지층인 ‘콰리층’에서 처음 발견됐다.

미국 빙햄튼대 윌리엄 슈타인 교수팀은 1920년대에 발굴한 뒤 연구가 중단됐던 콰리층의 데본기 나무 분포를 다시 조사해 콰리층 1200㎡의 뿌리 분포도를 만들었다.

그 결과 고생대에 번성했던 식물인 석송을 비롯해 적어도 3개의 식물 집단 화석이 발견됐다. 연구진은 콰리층이 있는 길보아 지역은 당시 석송 숲으로 우거져 있었을 거라고 설명했다. 1920년대에 발견된 와티에자는 이 석송의 줄기나 뿌리에 기생하는 식물이었다는 사실도 확인했다.

또 연구진은 콰리층에서 대규모의 덩굴 식물 군락을 발견했다. 이 덩굴 식물은 포자로 번식하는 양치식물에서 겉씨식물로 진화하기 전 단계의 식물로 밝혀졌다.

슈타인 교수는 “이번 뿌리 분포도가 고생대 숲을 이해하는 기초 자료가 될 수 있을 것”이라며 “다른 지역에 있는 고생대 데본기 지층의 숲을 분석할 때도 도움이 될 것”이라고 밝혔다.

 

 



이재웅 기자 ilju2@donga.com
오가희 기자 solea@donga.com
표지

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