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우리가 매일 먹는 바나나가 사실 인위적으로 만들어진 품종이라는 걸 알고 계셨습니까? 씨 없는 캐번디시 바나나는 자연에서 저절로 생긴 게 아니라 수백 년에 걸친 육종(breeding), 즉 인위적 교배 개량의 산물입니다. 처음 이 사실을 접했을 때 저도 꽤 놀랐습니다. 진화라는 게 수백만 년 걸리는 일이라고만 생각했는데, 인간이 그 과정을 단축시켜 왔다는 점이 새삼 와닿았습니다. 이 글에서는 진화의 원리부터 생물 분류 체계, 그리고 멘델 유전법칙까지 데이터와 근거를 중심으로 풀어보겠습니다.
자연선택과 생물분류 — 팩트로 보는 진화의 메커니즘
진화론 하면 흔히 "원숭이가 사람이 됐다"는 말을 떠올리는 분들이 많습니다. 그런데 제가 직접 관련 내용을 파고들어 보니, 이건 생물학적으로 완전히 틀린 이야기입니다. 찰스 다윈이 『종의 기원』에서 제안한 핵심은 인간과 원숭이가 공통 조상으로부터 서로 다른 방향으로 독립적으로 진화했다는 것입니다. 원숭이는 인간이 되는 중간 단계가 아니라, 자신들의 환경에 이미 최적화된 완성형 생물입니다.
진화가 실제로 작동하는 방식을 이해하려면 두 가지 개념이 핵심입니다. 첫째는 변이(variation)로, 유전 정보가 복제될 때 100% 정확하게 복제되지 않아 새로운 특성이 나타나는 현상입니다. 목적도 방향성도 없이 그냥 발생합니다. 둘째는 자연선택(natural selection)인데, 수많은 변이 중에서 주어진 환경에 유리한 것이 살아남아 우세종이 되는 과정을 말합니다. 기린의 목이 길어진 것도 목을 늘이려는 의지가 아니라, 어느 날 우연히 목이 긴 개체가 태어났고 그 개체가 먹이를 더 잘 구해 더 많이 번식했기 때문입니다.
2019년 말 등장한 코로나19 바이러스(SARS-CoV-2)가 이를 가장 직관적으로 보여준 사례였습니다. 알파, 베타, 델타, 오미크론으로 이어지는 변이종들은 백신을 피하려고 "노력해서" 생긴 게 아닙니다. 무수한 복제 과정에서 우연히 발생한 변이 중, 백신에 의해 제거되지 않은 것들이 자연선택을 통해 살아남아 우세종이 된 것입니다. 불과 2년 만에 다양한 변이가 출현했다는 사실은, 세대 교체가 빠른 생물에서 진화가 관측 가능한 수준으로 일어날 수 있음을 보여줍니다.
생물을 분류하는 체계도 진화의 흔적을 반영합니다. 현재 공식적으로 명명된 생물 종만 180만 종이 넘으며, 실제로는 1,000만~1억 종에 달할 수 있다는 것이 생물학계의 추정입니다(출처: IUCN 적색목록). 이 생물들을 분류하는 체계는 역(Domain) — 계(Kingdom) — 문(Phylum) — 강(Class) — 목(Order) — 과(Family) — 속(Genus) — 종(Species) 8단계로 구성됩니다. 여기서 '종'이란 다른 집단과 생식적으로 격리된 자연 집단을 뜻하는데, 쉽게 말해 서로 교배해 생식 능력 있는 자손을 낳을 수 있어야 같은 종으로 봅니다.
사자와 호랑이가 교배해 낳은 라이거(liger)나 타이곤(tigon)이 일반적으로 생식 능력이 없는 이유가 바로 이것입니다. 반면 겉모습이 전혀 달라 보이는 말티즈와 시베리안 허스키는, 교배 시 생식 가능한 자손을 낳을 수 있어 같은 종으로 분류됩니다. 또 흥미로운 점은 전복이 조개보다 달팽이와 유연 관계가 더 가깝다는 사실입니다. 전복과 달팽이는 모두 복족강(Gastropoda)에 속하며, 껍데기가 한쪽에만 있고 넓은 발로 기어다니는 특성을 공유합니다. 반면 조개는 이매패강(Bivalvia)에 속해 분류학적으로 훨씬 먼 관계입니다.
- 변이(variation): 복제 오류에서 목적 없이 발생하는 새로운 특성
- 자연선택(natural selection): 환경에 유리한 변이가 살아남아 퍼지는 과정
- 종(species): 생식적 격리를 기준으로 구분하는 생물 분류의 기본 단위
- 유연 관계(phylogenetic relationship): 공통 조상으로부터 갈라진 분기점의 거리로 판단
유전법칙 — 멘델이 수도원 정원에서 밝혀낸 것들
유전 하면 "이거 그냥 부모 닮는 거 아니야?"라고 생각하기 쉽습니다. 그런데 제 경험상 이 분야는 알면 알수록 예외와 반전이 많아서, 단순하게 정리하기가 꽤 까다롭습니다. 우선 기본 개념부터 짚겠습니다. DNA(Deoxyribonucleic acid, 디옥시리보핵산)는 세포핵 안에 있는 유전 정보의 실체입니다. 1953년에야 이중나선 구조가 밝혀진 비교적 최근의 발견이죠. 유전자(gene)는 DNA 전체가 아니라 특정 형질 발현에 관여하는 특정 구간만을 가리킵니다. DNA가 책이라면 유전자는 그 책에서 중요한 페이지에 해당합니다. 염색체(chromosome)는 세포 분열 시 DNA가 질서 있게 응축된 구조물로, 사람의 경우 46개(23쌍)의 염색체를 가집니다.
그레고리 멘델(Gregor Mendel)은 19세기 오스트리아의 수도사로, 수도원 정원에서 완두콩 교배 실험을 통해 유전의 기본 법칙 두 가지를 도출했습니다. 첫째는 분리의 법칙(law of segregation)으로, 생식 세포가 만들어질 때 쌍을 이루던 대립 유전자가 분리되어 각각 하나씩 생식 세포로 들어간다는 것입니다. 둘째는 독립의 법칙(law of independent assortment)으로, 서로 다른 대립 형질 쌍은 서로 영향을 주지 않고 독립적으로 유전된다는 것입니다. 멘델은 수만 개의 완두콩을 직접 세어 3:1 비율을 확인하고 역산했습니다. 살아생전 인정을 받지 못하고, 사후 16년이 지난 1900년에야 재발견된 비운의 업적입니다(출처: MendelWeb).
우성(dominant)과 열성(recessive)이라는 개념도 자주 오해가 생기는 부분입니다. 이 단어는 우열(優劣), 즉 더 낫고 못하다는 뜻이 아닙니다. 대립 형질 중 다음 세대에 더 자주 발현되는 쪽이 우성일 뿐입니다. 재밌는 예시를 들자면, 탈모 유전자는 남성에게는 우성, 여성에게는 열성으로 작용합니다. 즉 우성이라고 해서 반드시 유리하거나 긍정적인 형질인 건 아닙니다.
사람의 ABO식 혈액형은 대립 유전자가 세 가지(A, B, O)인 특수한 경우입니다. A와 B는 우열 관계가 없고, O만 A와 B에 대해 열성입니다. 유전자형이 AO인 부모와 BO인 부모 사이에서 O형 자녀가 태어날 수 있는 것도 이 때문입니다. 물론 현재 유전 연구는 멘델 법칙만으로 설명되지 않는 복잡한 현상들도 광범위하게 다룹니다. 여러 유전자가 복합적으로 작용하거나, 환경에 따라 동일한 유전자가 다르게 발현되는 경우도 많습니다. 그럼에도 멘델 법칙은 유전학의 출발점으로서 지금도 교과서의 핵심을 차지하고 있습니다.
최근에는 크리스퍼-캐스9(CRISPR-Cas9)이라는 3세대 유전자 가위 기술이 주목받고 있습니다. 여기서 유전자 가위란 특정 DNA 서열을 정밀하게 잘라내거나 교체할 수 있는 분자 수술 도구를 의미합니다. 에마뉘엘 샤르팡티에와 제니퍼 다우드나가 이 기술을 개발해 2020년 노벨 화학상을 수상했고, 2023년에는 낫 모양 적혈구 빈혈증 치료제가 미국 FDA 승인을 받았습니다. 제가 이 뉴스를 처음 봤을 때 솔직히 이건 예상 밖이었습니다. 유전자를 직접 편집해 유전병을 고친다는 게 SF가 아닌 현실이 된 것입니다.
지능과 암, "유전이야"로 퉁치면 안 되는 이유
지능은 단일 유전자가 아니라 수백 개의 유전자가 복합적으로 작용하며, 환경적 요인도 상당한 영향을 미칩니다. 제 경험상 이런 부분은 학교에서도 크게 강조하지 않아서 성인이 된 후에도 "머리는 타고나는 것"이라고 단정하는 분들을 자주 만납니다. 고무줄 비유가 유용합니다. 길이가 다른 고무줄도 얼마나 늘리느냐에 따라 도달 길이가 달라집니다. 유전이 출발선을 설정할 수는 있어도 결과를 결정하지는 않습니다.
암의 경우 순수하게 유전적 원인으로 발생하는 비율은 일부에 불과합니다. 유전병(genetic disease)은 알비노, 혈우병처럼 유전자 이상이 직접적이고 단일한 원인인 질환을 뜻하는데, 대부분의 암은 이 정의에 정확히 들어맞지 않습니다. 가족력이 위험 요인 중 하나일 수는 있지만, 후천적 환경과 생활 습관의 영향이 훨씬 크게 작용합니다.
자주 묻는 질문
Q. 진화는 개체가 살면서 변하는 건가요?
A. 아닙니다. 진화는 개체가 아닌 집단 수준에서 세대를 거쳐 일어나는 현상입니다. 한 개체가 살면서 변하는 것은 발달이나 적응이지 진화가 아닙니다. 포켓몬처럼 개체가 진화하는 것은 생물학적 의미의 진화가 아니라 변태(metamorphosis)에 가까운 개념입니다.
Q. 우성 유전자는 열성보다 더 좋은 건가요?
A. 그렇지 않습니다. 우성(dominant)은 다음 세대에 더 자주 발현되는 형질을 가리킬 뿐, 생존에 유리하거나 더 나은 형질을 의미하지 않습니다. 실제로 탈모 유전자는 남성에서 우성으로 작용하는데, 탈모가 생존에 유리하다고 보기는 어렵습니다.
Q. 새우랑 바퀴벌레가 사촌이라는 게 사실인가요?
A. 사실이 아닙니다. 둘 다 절지동물문에 속하지만, 새우는 연갑강, 바퀴벌레는 곤충강으로 분류됩니다. 같은 강(Class)에조차 속하지 않으므로, 사람과 곰보다도 계통학적 거리가 더 멀다고 할 수 있습니다.
Q. DNA와 유전자, 염색체는 어떻게 다른가요?
A. DNA는 세포핵 안에 있는 유전 정보를 담은 분자 전체를 뜻하고, 유전자는 그 DNA 중에서 특정 형질 발현에 관여하는 특정 구간입니다. 염색체는 세포가 분열할 때 DNA가 질서 있게 응축된 구조물로, 사람은 46개를 가집니다. 책 전체가 DNA, 중요한 페이지가 유전자, 책을 포장한 상자가 염색체라고 생각하면 이해하기 쉽습니다.
Q. 유전자 가위로 질병을 고치면 부작용은 없나요?
A. CRISPR-Cas9은 정밀도가 매우 높지만 오프타깃(off-target) 효과, 즉 의도하지 않은 부위를 편집하는 부작용 가능성이 완전히 배제되지 않습니다. 또한 어디까지가 치료이고 어디서부터가 유전자 강화인지 경계가 불분명해 윤리적 논의가 활발히 진행 중입니다. 2023년 FDA 승인 이후에도 장기적인 안전성 연구는 계속되고 있습니다.
결론
진화와 유전은 교과서 안에 갇힌 이야기가 아닙니다. 코로나 변이주가 어떻게 퍼졌는지, 내 혈액형이 왜 부모와 다를 수 있는지, 유전자 가위가 왜 노벨상을 받았는지 — 이 모든 것이 변이, 자연선택, 멘델 유전법칙, CRISPR-Cas9이라는 개념들로 연결됩니다. 제가 이 내용을 다시 정리하면서 느낀 건, 과학적 사실을 하나씩 이해하고 나면 세상을 보는 해상도가 달라진다는 것입니다.
다음 단계로 관심이 생기셨다면, 멘델 유전법칙의 예외 사례인 불완전 우성이나 공우성, 그리고 후성유전학(epigenetics) 쪽으로 공부를 넓혀보시기를 권합니다. 유전자가 있어도 환경에 따라 발현 여부가 달라지는 이 분야는, "유전이냐 환경이냐"는 오래된 논쟁에 훨씬 정교한 답을 줍니다.