초파리에게 발생한 아주 사소한 돌연변이로 4,000만 년의 진화를 예측할 수 있다는 사실이 확인되면서 전 세계 생물학자들의 관심이 집중되고 있다. 데이비드 호울 교수의 연구로 초파리의 진화와 돌연변이 패턴에 밀접한 관계가 있다는 사실이 밝혀졌다.

200세대 초파리 종 연구

데이비드 호울 미 플로리다주립대학 생물학과 교수는 초파리 날개에서 발생한 돌연변이로 최대 4,000만 년의 미래 진화를 예측할 수 있다고 밝혔다. 호울 교수는 "발생하는 돌연변이가 장기적인 진화에 영향을 미칠 것"이라고 말했다.

전체적인 발생은 부정확하지만, 호울 교수를 비롯해 일부 과학자들은 형태 돌연변이도 진화를 구성하는 과정이라고 여긴다. 다른 과학자들도 돌연변이 발생으로 진화 과정을 설명할 수 있다는 사실에 동의하고 있다.

과학 학술지 '네이처'에 발표된 이번 연구는 200세대의 초파리 종에 초점을 맞췄다. 호울 교수는 돌연변이와 진화를 이끈 특성이 무엇인지 확인하기 위해 초파리 돌연변이를 조사했다.

"돌연변이 발생이 진화에 어떻게 영향을 미치는지 연구하고자 했다. 그 결과, 돌연변이와 진화가 매우 밀접한 관계가 있다는 사실을 확인할 수 있었다"고 설명했다.

왜 초파리인가?

여름이면 가정에서도 쉽게 볼 수 있는 해충 초파리는 연구하기 좋은 대상이다. 연간 20세대 이상의 초파리들을 아주 쉽게 번식시킬 수 있기 때문. 게다가 초파리 날개는 사소한 변화만 줘도 효과적으로 조사할 수 있다. 호울 교수는 초파리가 효과적인 시스템을 가지고 있기 때문에 과학자들이 유기체의 복잡한 부분을 조사할 수 있다고 설명했다.

초파리의 진화와 돌연변이 패턴

호울 교수와 연구진은 돌연변이와 진화의 속도를 계산하기 위해 약 120종의 초파리를 수집했다. 연구진은 초파리를 자연뿐만 아니라 다른 실험실에서도 수집, 서로 다른 초파리 종이 서로 어떻게 연결되어 있는지 조사했다.

화석 기록과 DNA 서열 방법을 사용해 연구한 결과, 초파리가 약 4,000만 년 동안 존재해왔으며, 패턴을 가지고 돌연변이를 일으킨다는 사실을 확인할 수 있었다.

초파리는 진화 속도가 느리며, 돌연변이 패턴 또한 매우 느리게 진화한다고 연구진은 결론을 내렸다. "중요한 사실은 과거 진화의 패턴은 돌연변이와 언제나 유사한 것은 아니다"고 호울 교수는 설명했다.

연구진은 4년간 200세대의 초파리를 번식시켰고 날개에서 나타나는 변화를 연구하기 위해 초파리 개체를 독립적으로 길렀다. 총 5만 개의 날개를 연구했는데, 혈관 위치와 넓이 대 길이의 비율을 포함해 날개의 형태가 전반적으로 변화한 사실을 알게 됐다. 또한 날개의 넓이 대 길이 비율처럼 빠르게 진화하는 부분도 있다는 것을 밝혀냈다.

연구진들은 관찰한 내용에서 진화와 돌연변이의 유사한 패턴을 확인할 수 있었고 연구에 사용된 모든 초파리 종에서 비슷한 변화가 일어났다는 것 또한 밝혀냈다.

돌연변이가 진화를 제한하지는 않아

이번 연구에서는 진화와 돌연변이의 속도 관계를 파악하기 위해 5만 개의 초파리 날개 데이터를 사용했다. 이 데이터로 돌연변이가 진화 과정에서 발생한다는 사실을 뒷받침했다.

연구에 사용된 모든 초파리 종의 진화와 돌연변이에서 유사한 패턴으로 변화가 발생했기 때문에 진화와 돌연변이가 밀접한 관계에 있다는 사실을 확인할 수 있었다.

이번 연구 결과는 돌연변이 발생이 유기체의 진화를 제한한다는 제약 가설과 일치하지 않았다. 진화가 돌연변이 변화보다 속도가 훨씬 느리기 때문이다. 연구진들은 주목할 만한 여러 가지 돌연변이가 유기체 진화를 저해한다면, 그 때 제약 이론을 적용할 수 있다고 주장했다.

향후 진화 패턴 예측에 도움

이번 연구 결과로 진화와 돌연변이 변화 패턴의 밀접한 관계를 확인할 수 있었다. 초파리가 지난 4,000만 년에 걸쳐 진화한 방법을 토대로 향후 4,000만 년의 진화 패턴을 예측할 수 있다는 결론을 도출했다.

호울 교수는 "이번 연구에서는 현재 발생한 사건에서 과거에 발생한 사건을 예측하는 사후예측(retrodiction)법을 사용했다"고 말했다.

[researchpaper 리서치페이퍼=김성은 기자]