유인원(Ape)은 원숭이와 비슷하게 생긴 영장류(primate) 동물 중에서도 사람상과에 속하는 26종의 동물들을 일컫는 말이다. 사람상과는 크게 긴팔원숭이과(Hylobatidae, 18종)와 사람과(Hominidae, 6종)로 나눌 수 있으며, 사람과에는 인간을 비롯하여 인간의 가장 가까운 친척인 오랑우탄, 고릴라, 침팬지, 보노보가 속해 있다. (긴팔원숭이는 원숭이라 유인원이다!) 분류학을 잘 모르는 사람이라도 원숭이와 같은 다른 영장류와 유인원을 쉽게 구분할 수 있는 방법이 있다. 바로 '꼬리'를 찾아보는 것이다. 인간부터 긴팔원숭이까지, 유인원은 모두 꼬리가 없다. 브리태니커 백과사전에도 유인원은 '원숭이와 인간과 가까운 동물로 몸이 털로 덮여 있고, 꼬리가 없거나 매우 짧은 동물(a type of animal that is closely related to monkeys and humans and that is covered in hair and has no tail or a very short tail)'이라고 정의되어 있다. 유인원은 왜 꼬리를 잃어버렸을까? 유인원 계통에서 직립보행에 이득을 가져다주었을 것이라고 추정하는 가설도 있고, 밀림 생활에 적응하면서 발달한 다른 특징(긴팔, 유연한 어깨 등)으로 인해 꼬리의 활용성이 떨어져서 퇴화했을 것이라는 견해도 있다. 하지만 이러한 가설들은 유인원이 '왜' 꼬리를 잃어버렸을까 하는 이유를 짐작할 수 있게 도와주지만, '어떻게' 그런 일이 있을지에 대해서는 설명하지 못한다. 지난 2월, 바로 그 '어떻게'를 풀어낸 연구 결과가 미국 뉴욕대 연구진에 의해 저명 학술지인 <네이처>지에 표지 논문으로 발표된다. 이 연구는 매우 개인적인 경험으로부터 시작되었다. 제1저자이자 공동 교신저자인 시아 보 박사는 경미한 교통사고를 당했는데, 이때 퇴화한 꼬리의 흔적기관인 꼬리뼈를 다치게 된다. 이것이 계기가 되어 보 박사는 어떻게 유인원 계통에서 꼬리가 사라졌는지를 밝혀내겠다는 목표를 갖고 연구에 착수한다. 연구가 진행될 당시 보 박사는 뉴욕대 랑곤 헬스에서도 계산의학연구소(Institute of Computational Medicine)에 소속되어 있었다. 논문의 또 다른 공동교신 저자인 이타이 야나이 교수가 이끄는 이곳은 생명정보를 활용하여 생의학과 생명 시스템의 진화를 연구하는 곳이다. 보 박사는 우선 다른 연구자들에 의해 생산되고 축적되어 온 방대한 생명정보를 '꼬리 상실'이라는 관점으로 재분석했다. 흥미롭게도 이때 영장류뿐만 아니라 가까운 친척인 생쥐 연구 데이터를 집중적으로 살펴보았다. 생쥐는 수많은 연구자들이 오랫동안 연구해 온 모델 동물로서 이미 22년 전에 유전체(genome) 지도가 발표되었고, 많은 유전자들에 대한 기능 연구가 축적되어 있다. 연구팀은 수만 개의 생쥐 유전자 중에서 꼬리 발생과 관련된 것으로 밝혀진 100여 개의 유전자들을 추려내었다. 그리고 이 유전자들 중에서 유인원 계통에서만 공통적으로 변이된 유전자들을 추적했다. 이 과정에서 TBXT라는 유전자가 연구팀의 이목을 끌게 된다. 이 유전자에 돌연변이가 일어나면 생쥐뿐만 아니라 물고기나 심지어 강아지의 꼬리가 없어지거나 짧아진다는 사실이 보고되어 있었다. 그런데 이 유전자의 특정 위치에서 마우스나 다른 영장류에는 없고 유인원에서만 공통적으로 발견되는 DNA 변이가 확인된 것이다. 이 변이가 실제로 꼬리 상실이 원인이 되었을 가능성을 확인하기 위해서 연구팀은 생쥐를 대상으로 실험을 진행한다. DNA에 들어 있는 유전자는 '엑손'과 '인트론'으로 나눌 수 있다. DNA에 있는 정보가 RNA로 복제(전사)되고 나면, '스플라이싱'이라는 과정을 거쳐서 단백질에 대한 정보가 없는 인트론을 잘라져 나가고 엑손들끼리 연결되어 전령 RNA(mRNA)가 완성된다. 그런데 이 스플라이싱 과정에서 유전자에 존재하는 모든 엑손이 연결되지 않을 수도 있다. 인트론이 잘려 나가는 과정에서 엑손이 함께 떨어져 나가기도 하기 때문이다. 즉, 같은 유전자라 할지라도 어떻게 스플라이싱이 되냐에 따라서 서로 다른 엑손 조합으로 이루어진 여러 종류의 단백질이 만들어질 수 있는 것이다. (매운탕을 끓일 때 고추장, 고춧가루를 빼고 끓이면 '지리'라는 색다른 음식이 되는 것처럼 말이다.) 연구팀이 확인한 유인원의 TBXT 유전자 변이는 바로 이러한 스플라이싱 과정에 영향을 미치는 변이였다. 흥미롭게도 이 변이는 '진정한 이기적 유전자'로도 불리는 전이인자(transposable element)였다. 인간 DNA 중에서 단백질에 대한 정보를 담고 있는 서열은 불과 2% 미만이다. 반면 전이인자라고 불리는 염기서열은 50%에 육박한다. 전이인자는 '점핑 유전자'라고도 불리는데 '복붙(Ctrl c+v)' 혹은 '잘라 붙이기(Ctrl x+v)'를 통해 자신의 서열을 퍼뜨리는 DNA 속의 바이러스 같은 존재다. 이러한 전이인자의 속성 때문에 개체에게는 도움이 되지 않고 오직 자기 증식만 하는 '이기적 인자(selfish element)'로 불리며, 심지어 쓰레기 DNA(junk DNA)라고도 불려 왔다. 그런데 연구팀은 TBXT의 6번째 엑손 오른쪽에 마우스나 원숭이처럼 꼬리를 지닌 종에게는 없고 오직 유인원 계통에서만 전이인자(AluY)가 '복붙'되어 있다는 사실을 발견했다. 그리고 이 전이인자가 6번째 엑손 왼쪽에 있으며, 마우스와 모든 영장류에게서 발견되는 또 다른 전이인자(AluSx1)와 쌍을 이루어서 작용할 수 있음을 보여주었다. 그 결과 두 전이인자가 쌍을 이루는 유인원에서만 6번째 엑손이 스플라이싱 과정에서 인트론과 함께 제거된다는 사실이 밝혀졌다. 보 박사는 생쥐 실험을 전문으로 하는 다른 연구원들의 도움을 받아 바로 이 전이인자 변이로 인한 '차별적 스플라이싱(alternative splicing)'이 꼬리 상실의 원인이 됨을 입증했다. 크리스퍼 유전체 편집 기술을 이용하여 생쥐의 TBXT 유전자를 유인원과 비슷하게 조작했더니 생쥐의 꼬리가 짧아지거나 사라진 것이다! TBXT 유전자를 유인원처럼 조작했을 때, 꼬리가 짧아지거나 사라진 생쥐. M(수컷), F(암컷). 가장 왼쪽 한 쌍이 정상 개체. 나머지 세 쌍은 유전자 조작으로 꼬리가 짧아지거나 사라진 돌연변이 개체. 출처 : Nature, https://doi.org/10.1038/s41586-024-07095-8 이 연구 결과는 생물의 특정한 형질이 어떻게 진화하는지를 DNA 염기서열 수준에서 밝혀낸 매우 중요한 연구이다. 이 연구의 여러 측면 중에서도 개인적으로는 전이인자가 꼬리 상실에 핵심 기여를 했다는 부분이 가장 인상적이었다. 한때 천덕꾸러기, 혹은 쓰레기 취급을 받았던 '이기적 복제자'인 전이인자가 사실 인류와 다른 생물들의 진화에 매우 중요한 역할을 했다는 결정적인 증거를 제공하기 때문이다. 오래전부터 전이인자를 기능을 모른다고 '쓰레기' DNA로 부르는 것에 동의하지 않는 편이었는데, 역시나 그럴 리가 없었다. 디자인 : 박수민

18년 전 여름, 대학 첫 방학을 맞아 친구와 제주도로 자전거 여행을 떠났다. 멋진 카페들과 식당들이 바닷가에 늘어선 요즘과 달리, 그때는 중문 관광단지 등 일부 관광지를 제외하고는 개발이 된 곳이 적었다. 제주항에 도착해서 자전거를 몰아 처음 도착한 해수욕장은 지금은 제주 '핫플' 중 한 곳이 된 협재 해수욕장이었다. 에메랄드빛 바다와 <어린 왕자>의 코끼리를 삼킨 보아뱀처럼 생긴 비양도가 눈앞에 펼쳐지자 '와' 하는 탄성이 저절로 나왔다. 한적한 해변에 자전거를 대충 던져두고 바닷속으로 뛰어들어 한참 물놀이하다 보니 날이 어둑어둑해졌다. 그런데 가로등이 하나둘 켜질 때쯤 갑자기 다리에 뭔가 따끔한 느낌이 들었다. 처음에는 뭐에 쓸렸나 했는데, 이어서 여러 번 따끔거리는 느낌이 나면서 머리카락이 쭈뼛 곤두섰다. 허겁지겁 모래사장으로 헤엄쳐서 올라와서 확인해 보니 따끔한 자리들이 빨개져 있었다. 해파리를 직접 보지는 못했지만 촉수에 쏘였다는 사실을 직감할 수 있었다. 해파리는 자포동물(Cnidaria)로 분류된다. 자포동물은 자포(cnidocyte)를 지니고 있는 동물이다. 자포 속에는 작살처럼 생긴 가시(nematocyst)가 들어있는데, 사냥을 할 때 마치 용수철이 튕기어 나오듯이 사냥감을 향해 가시가 발사된다. 이때 가시에 묻어 있는 독이 사냥감을 마비시키거나 죽음에 이르게 한다. 해파리의 촉수가 무시무시한 이유는 바로 수많은 자포가 배열되어 있는 사냥 무기이기 때문이다. 해파리의 촉수에 들어있는 자포에서 작살처럼 가시가 발사되는 모습 (출처 : Wikimedia Commons) 해파리의 사냥 무기는 기본적으로 어뢰보다는 작살에 가깝다. 발사되는 가시가 여전히 촉수와 연결되어 있기 때문이다. 하지만 2020년 미국과 일본의 공동 연구진이 마치 어뢰처럼, 더 정확히는 기뢰처럼 해파리 몸을 떠나 원격으로 사냥감을 공격하는 신무기를 발견해서 화제가 되었다. 동남아 열대 지역 해안가에 분포해 있는 맹그로브 숲에서 스노클링하던 사람들은 뭔가에 쏘인 것처럼 불쾌할 정도로 따끔따끔한 느낌을 경험하곤 했다. 이런 느낌 때문에 맹그로브 숲 지역의 물을 'stinging water(톡톡 쏘는 물)'라고도 불렀는데, 물속에 들어 있는 무엇이 따가운 느낌을 주는지는 알지 못했었다. 2020년 <Communication Biology>에 발표된 논문의 저자들은 톡톡 쏘는 물속에 실제로 톡톡 쏘는 무엇인가가 들어있음을 발견했다. 바로 해파리가 발사한 '기뢰'였다. 맹그로브 숲에서 서식하는 해파리 종인 Cassiopea xamachana은 수족관에서도 자주 전시되는 종인데, 수족관이나 실험실에서 사람들이 물을 첨벙거리면 점액질을 뿜어낸다는 사실이 관찰되었다. 그리고 그 점액질 안에서 해파리가 만들어낸 기뢰가 잔뜩 들어있음이 확인됐다. 이 기뢰는 해파리의 속(Cassiopea)의 이름을 따서 카시오좀(cassiosome)으로 명명됐다. 카시오좀에는 보통 촉수에 달린 자포가 잔뜩 들어 있으며, 마치 함선에 접촉하면 폭발하여 공격하는 기뢰처럼 물속에서 떠다니다 작은 새우 같은 먹잇감에 근접하면 자포에서 독가시를 발사하여 먹이를 사냥한다. 그렇다면 카시오좀을 발사하는 카시오페아 해파리는 얼마나 포악하길래 촉수도 모자라 기뢰까지 사용하는 것일까? 반전은 카시오페아 해파리가 악명 높은 사냥꾼이 아니라 정반대로 '식물성'으로 유명한 해파리라는 것이다. 카시오페아 해파리의 별명은 '업사이드다운' 해파리이다. 뒤집어진 해파리라는 뜻이다. 카시오페아라는 이름도 바로 이 희한한 특징에서 비롯됐다. (카시오페아는 그리스 신화 속의 에티오피아 여왕으로, 신을 화나게 한 벌로 밤하늘에 거꾸로 매달린 별자리가 되었다.) 뒤집어진 해파리(Upside-down jellyfish) 해파리라는 별명을 지닌 카시오페아 해파리 (출처 : Wikimedia Commons, Credit : Kimon Berlin) 물속을 유유히 헤엄치며 촉수로 먹이를 사냥하는 해파리와 달리, 카시오페아 해파리는 물 바닥에 머리를 박고 팔(oral arm)을 하늘을 향해 흔들어 댄다. 그리고 이 팔에서 카시오좀이라는 기뢰를 내뿜는다. 하지만 카시오좀이라는 기뢰에 무력화된 먹이는 전체 에너지 필요량의 10%밖에 공급하지 않는다. 그렇다면 나머지 90%의 에너지는 어디에서 올까? 놀랍게도 광합성에서 온다. 식물이 아닌 동물이 어떻게 광합성에서 에너지를 획득할까? 바로 광합성을 하는 황록공생조류(zooxanthella)와의 공생 덕분이다. 다른 해파리들처럼 사냥감을 찾아 헤매는 대신, 자기 몸을 광합성을 하는 공생조류들을 위한 주거 공간으로 바꾸어 비싼 임대료를 받아 불로소득을 챙기는 것이다. (인간에게도 이런 광합성 공생 조류가 있다면, 먹고사는 게 이만큼 고달프진 않아도 되지 않을까 하는 생각도 든다.) 협재에서 해파리와의 첫 접촉이 인연이 되었는지, 최근 우리 연구실에서도 해파리 연구를 시작했다. 다양한 해파리 종의 신경과 감각, 본능과 학습, 그리고 진화를 연구해 나갈 예정이다. 물론 매혹적인 카시오페아 해파리도 연구 대상에 포함되어 있다. 해파리가 우리에게 또 어떤 매혹적인 이야기를 직접 들려줄지 몹시 기대된다. 디자인 : 박수민

멕시칸 테트라(Astyanax mexicanus)라는 민물고기가 있다. 멕시코 동부 지역에서 주로 발견되는 이 물고기의 별명은 ‘눈먼 동굴 물고기(blind cave fish)’로, 원래 눈을 가지고 있던 종의 일부가 동굴 속에서 눈을 잃어버린 것으로 유명하다. 빛이 비치는 수계에서 살아가는 멕시칸 테트라들은 여전히 눈을 지니고 있지만, 동굴로 들어가서 살게 된 여러 물고기 집단이 독립적으로 시력이 퇴화하거나 눈을 완전히 잃어버린 경우가 많다. 눈을 잃어버린 멕시칸 테트라 / 출처 : 위키미디어 커먼스 어쩌다 동굴 속으로 들어간 물고기들은 눈을 잃게 되었을까. 찰스 다윈은 <종의 기원>에서 물고기가 깊은 동굴에 들어가면 눈을 쓸 일이 없어지면서 자연스레 퇴화하게 되었을 것이라고 설명했다. 쉽게 수긍할 수 있는 해석이다. 깜깜한 동굴로 들어간 멕시칸 테트라는 눈뿐만 아니라 마찬가지로 쓸모가 없어진 몸의 빛깔도 잃어버렸다. 그런데 어떻게 그러한 퇴화가 일어났을까? 전통적인 해석은 눈이 쓸모를 잃게 되면서 더 이상 자연선택을 받지 못하게 되었다는 가설이다. 흔히 ‘중립-돌연변이 가설(neutral-mutation hypothesis)’이라고 불리는 이 해석에 따르면 동굴 물고기가 눈과 시각을 잃어버리는 이유는 돌연변이가 환경의 변화로 인해 ‘중립’이 되기 때문이다. 이때 돌연변이가 중립이 된다는 것은, 돌연변이가 더 이상 개체에 영향을 주지 못한다는 뜻이다. 시각에 생존과 번식을 의존하는 일반적인 물고기를 떠올려 보자. 눈을 만들어 내는 데 중요한 유전자들이 망가지면 그러한 물고기는 생존 경쟁에서 도태될 수밖에 없다. 즉, 눈 관련 유전자를 망가뜨리는 돌연변이는 ‘해로운’ 돌연변이이며, 자연선택은 이러한 돌연변이를 집단에서 제거한다. 그런데 동굴이라는 새로운 환경 속에서는 이러한 자연선택의 힘이 약해지거나 완전히 사라진다. 빛이 없는 조건에서는 시각이 감퇴한 물고기와 그렇지 않은 물고기 사이에서의 경쟁이 성립하지 않는다. 어차피 눈이 있는 물고기도 볼 수가 없기 때문이다. 따라서 눈을 망가뜨리는 돌연변이는 개체 간의 경쟁에 영향을 미치지 못하는 ‘중립’ 변이가 되고, 그 결과 그러한 중립변이는 제거되지 않고 집단에서 점점 쌓이게 된다. 그런데 최근 들어서는 이러한 ‘중립-돌연변이 가설’만으로는 눈먼 물고기의 반복적이고 빠른 진화를 설명하기 어렵다는 인식이 힘을 얻고 있다. 돌연변이는 우연히 생겨나야 하고, 그렇게 생겨난 돌연변이가 우연히 집단 내에 완전히 퍼져야 하는데 그러기에는 너무나도 오랜 시간이 걸린다는 것이다. 눈을 잃어버린 멕시칸 테트라 대신 눈이 쓸모가 없어서 돌연변이의 누적으로 녹아내린 것이 아니라, 눈이 없어지는 것이 쓸모가 있다는 ‘적응 가설’이 검토되고 있다. 이 가설에 따르면 눈이 없는 물고기가 눈을 지닌 물고기보다 깜깜한 동굴 속에서 생존 경쟁에 더 우위를 보인다. 왜냐면 ‘보는’ 데에는 많은 에너지가 들기 때문이다. 2015년 <Science Advances>에 발표된 스웨덴 룬드대학교 연구진의 논문에 의하면 빛이 있는 환경에서 서식하며 눈이 있는 멕시칸 테트라의 경우, 체중에 따라 전체 에너지의 15% 정도를 시각에 사용하는 것으로 추정된다. 안구의 운동을 정교하게 유지하고, 망막 속에 빛을 감지하는 센서들이 언제든지 정확하게 광자를 포착할 수 있도록 하며, 시각 자극이 주어지면 그것을 정보로 변환하여 시각 연관 행동을 형성하는 데에 많은 에너지가 들어간다. 그뿐만이 아니다 복잡하고 정교한 눈을 만드는 것 또한 많은 에너지가 들어가는 과정이다. 따라서 동굴 속에서 시각을 유지한다는 것은 쓸모가 없을 뿐만 아니라 엄청난 낭비이기도 한 것이다. 즉, 눈을 잃어버리게 만드는 변이는 ‘중립’ 변이를 넘어서 에너지 사용을 효율화하는 이로운 변이가 될 수 있다. 특히 지상에 비해 먹이가 절대적으로 부족한 동굴 속에서, 불필요한 에너지 낭비를 최소화하려는 자연선택이 강력하게 작용했을 수 있다. 요컨대 빛의 존재는 자연선택을 통해 눈을 지켜내고, 빛의 결핍은 자연선택을 통해 눈을 없애버린다. 인류 또한 오랫동안 어둠 속에 갇히게 된다면, 눈과 함께 오랜 기간에 걸쳐 만들어진 정교하고 복잡한 많은 것들이 거스를 수 없는 퇴화의 압력 속에 녹아내리고 말 것이다. 디자인 : 박수민

40억 년 생명 진화의 역사는 엄청나게 다양한 동물들을 빚어냈다. 진화가 창조한 수많은 동물 중 대부분은 멸종하여 사라졌지만, 여전히 수백만에서 수천만 종의 동물들이 지구에서 함께 살아가고 있는 것으로 추정된다.  고래는 그중에서도 특별한 동물이다. 현존하는 가장 거대한 동물이라는 점에서도 그렇지만, 고래의 진화에 담긴 기구한 역사도 남다르다. 상어나 물고기처럼 고래와 함께 바다를 누비는 대부분의 해양 동물과 달리 고래는 포유류로 분류된다. 우리 인간처럼 알 대신 새끼를 낳고, 새끼에게 모유를 먹인다. 여기까지는 상식 차원에서 널리 알려진 사실이다. 그런데 곰곰이 생각해 보면 미스터리한 일이다. 대부분의 포유동물은 육상생활을 하기 때문이다. 역사적으로 보았을 때도 포유류 시조는 파충류의 한 계통에서 진화한 육상동물이었다. 그 말인즉슨, 고래의 진화는 바다에서 육상으로 진출했던 동물이 다시 바다로 들어간 사건이라는 뜻이다.  그렇다면 어떤 동물이, 언제 바다로 다시 들어갔을까? 그 힌트는 화석뿐만 아니라 DNA 속에서도 찾을 수 있다. DNA를 들여다보면 어떤 포유동물이 고래와 가장 가까운 친척인지 알아낼 수 있기 때문이다. 동물들 사이 혈연관계의 멀고 가까움은 생김새와 같은 특징들로부터 유추할 수 있지만, 더 정확하게는 DNA를 비교하면 쉽게 확인할 수 있다. 친척 간에도 촌수가 멀어질수록 DNA의 서열이 더 많이 달라지듯, 공동조상으로부터 갈라진 지 오랜 관계일수록 DNA의 차이가 더 크게 나타난다. 예컨대 동물 중에 침팬지와 보노보가 인간과 가장 유사한 유전자들을 지니고 있다. 즉, 이들이 다른 동물들과 비교했을 때, 가장 최근에 인간과 한 배에서 갈라졌다는 뜻이다. 마찬가지 방식으로 고래와 여러 포유류들의 DNA를 비교해 보면 꽤 충격적인 역사적 사실이 드러난다. 예를 들어 코끼리, 코뿔소, 소와 고래를 비교해 보자. 놀랍게도 이 네 가지 동물 중에서 소와 고래가 가장 가까운 친척이다. 코뿔소와 코끼리보다 코뿔소와 고래가 더 가까운 친척이기도 하다. 그렇다면 현재 생존해 있는 육상동물 중에서 누가 고래와 가장 비슷한 DNA를 지닌 가장 가까운 친척일까? 바로 하마다. 사실 언뜻 생긴 것만 보자면 하마는 돼지와 더 비슷해 보이지만, 촌수로 따지자면 하마와 고래가 훨씬 가까운 친척이다. 하마와 고래 가문이 공동조상으로부터 갈라진 것은 불과 5천만 년 전쯤의 일이라고 알려져 있다. 오랑우탄이 침팬지와 갈라진 시점이 1,500만 년 전의 일이라는 것을 생각해 보면 진화의 스케일에서 그리 길지 않은 시간이다. 그 시간 동안 하마 가문은 물을 즐기긴 하지만 여전히 육상 동물로 남았고, 고래는 먼 선조들이 살았던 바다로 돌아갔다. 사실 고래의 진화 과정은 화석 증거가 잘 발굴되어서 어떤 단계를 거쳐 고래의 선조들이 바다로 돌아갔는지 구체적으로 규명되어 있다. 파키스탄에서 발견된 파키케투스(Pakicetus) 화석은 5천만 년 전쯤 육상 생활에서 해양 생활로 전환하던 시기의 종으로 확인되며, 이후 1~2천만 년 동안 등장한 암불로케투스, 바실로사우루스, 도루돈과 같은 종들이 오늘날 고래의 특징을 더 많이 갖추었으며 해상 생활에 완전히 적응하였음을 확인시켜 주는 화석들이 발견되었다. 3억 년 동안 땅에서 살아가던 육상 척추동물 가문 중 한 지파가 1~2천만 년의 적응 과정을 거쳐 다시 해양 동물이 되었다. 그 사이에 헤엄치는 데 적합했던 몸이 걷는 데 적합한 몸이 되었다가, 다시 헤엄치는 데 적합한 몸으로 변모했다. 다른 육상동물들 입장에서는 3억 년을 함께 땅에서 살던 친척이 먼 나라로 이민을 떠나서 다시는 보지 못하게 된 셈이었고, 그 3억 년 동안 계속 바다에 남아 있던 어류의 입장에서는 먼 옛날에 이민을 떠났던 친척이 완전히 달라진 모습으로 귀국한 셈이었을 테다. 그리고 그 친척은 바다와 육지를 통틀어서 가장 거대한 동물로 거듭났다. 진화에 관심이 많은 일반인으로부터 종종 먼 미래에 바닷속에서 살아가는 해양 인류가 진화할 수 있는지에 대한 질문을 종종 듣는다. 물론 나는 가능하다고 대답한다. 고래가 그 증거이기 때문이다. 나에겐 고래의 우아한 유영이 ‘천만년의 시간과 적절한 자연선택만 주어진다면 물속에서 잠드는 해녀가 출현하는 것이 헛된 상상만은 아니’라고 온몸으로 말하는 것처럼 들린다. 디자인 : 박수민

지난 12월 16일부터 18일까지, 싱가포르 국립대학(National University of Singapore)에서 열린 제3회 아시아 진화학회(The 3rd AsiaEvo Conference)에 참석했다. 아시아 각지뿐만 아니라 유럽과 미국, 오세아니아에서 300여 명의 진화생물학자들이 흥미진진한 진화 연구 성과를 공유했다. 2박 3일의 일정 동안 무려 21개의 세션이 진행되었는데, 나도 〈적응의 유전학과 새로운 형질의 진화(Genetics of adaptation and evolution of novel traits)〉라는 세션에서 초파리 진화 연구에서 발견한 흥미로운 내용들을 소개했다. 진화생물학은 방대한 학문이다. 종의 다양성과 보존에서부터 유전자의 탄생과 죽음까지, 매우 작은 분자들의 미시적인 세계에서부터 거시 세계의 복잡한 생태계까지 유기적으로 얽혀 있는 생명의 변화를 다루는 학문이기 때문이다. 이번 학회에서도 질병을 일으키는 바이러스의 진화, 척추동물의 고생물학, 성의 진화, 해양생물의 발생 진화, 진화잠재력에 대한 고찰 등 다양한 주제들이 다뤄졌다. 아직 논문으로 발표되기 전의 연구 결과들이라 이 지면에 소개할 수 없는 내용들이 많지만, 저절로 탄성이 나올 만큼 놀랍고 신기한 발견을 접할 수 있었다. 이번이 나에게는 첫 아시아 진화학회 참석이었다. 사실 얼마 전까지만 하더라도 이런 학회가 존재한다는 사실을 인지하지 못했다. 학부 연구원으로 연구에 참여하고 있는 나의 학생이 지난 학기에 교환학생 프로그램을 싱가포르 국립대학에서 진행하였는데, 그때 학생이 수강한 수업 중 하나가 나비 연구자이자 이번 학회의 주최자(organizer) 교수 중 한 분인 Antonia Monteiro였다. 이 학생을 통해 아시아 진화학회의 존재를 알게 되었고, 홈페이지를 확인해 보니 학회 내용이 너무나도 훌륭하여 참석하게 된 것이다. 출처: 싱가포르 국립대학 공식 홈페이지 학회에 참석하면서 아직 신생 학회라고 할 수 있는 아시아 진화학회의 출범에 대해 더 자세한 내막을 들을 수 있었다. 2016년 유럽에서 열린 한 진화학회에서 만난 아시아 진화 연구자들이 ‘왜 이렇게 멀리까지 날아와야지만 우리가 만날 수 있는 것인가? 우리도 가까운 데에서 만나서 학회를 갖자!’하는 결의를 하게 되고, 실제로 학회 조직이 급물살을 타게 되어 2018년 제1회 아시아 진화학회가 열리게 되었다고 한다. 첫 아시아 진화학회가 열린 곳은 바로 중국의 선전이었다. 중국국립유전자은행(China National Genebank)과 중국학술원 동물진화연구센터(Center for Excellence in Animal Evolution and Genetics at Chinese Academy of Sciences)의 적극적인 후원으로 첫 학회가 성공적으로 개최될 수 있었기 때문이다. 중국 기관들과 함께 일본의 진화학회 또한 학회 개최에 중요한 역할을 하였으며, 제2회 아시아 진화학회는 일본에서 개최하기로 결의하였다가 코로나19로 인해 온라인으로 개최되었다. 그리고 이번 세 번째 학회는 아시아 최고 대학으로 평가받는 싱가포르 국립대학에서 열리게 되었다. 특히 이번 학회 내내 중국의 연구력에 감탄을 금할 수 없었다. 예를 들어 3개의 기조 강연 중 2개가 중국 대학 교수에게 돌아갔는데, 연구 성과가 양과 질 모든 측면에서 입을 다물 수 없을 만큼 압도적이었다. 게다가 연구 분야가 돈이 되는 학문이 아니라, 진화생물학이라는 기초 학문이라는 사실이 더욱 충격적으로 다가왔다. 한국에서 연구한다면 주변에서 ‘그런 연구해서 어떻게 연구비 받으려고 그러니’라는 말을 듣게 될, 나비의 의태(mimicry) 진화 연구 (베이징대 Wei Zhang 교수), 개미의 사회성 진화 연구 (저장대 Guojie Zhang 교수)를 전 세계 최고 수준으로 진행하고 있었다. 사실 학회의 창립자라고 할 수 있는 사람 또한 Guojie Zhang 교수였다. 기무라 모토를 배출한 일본도 여전히 아시아 최고의 학문적 전통과 역사를 도도히 이어가고 있지만, 폭발적으로 성장하는 중국의 학계가 5년, 10년 뒤에는 어떤 수준에 이르게 될지 감히 상상하기 힘들 정도였다. 최소한 아시아 내에서 중국의 리더십을 자연스럽게 받아들이게 되는 상황은 이미 현실이 된 것도 같았다. 최근에는 주로 유럽에서 열린 학회에만 참석했던 터라 중국의 부상을 이렇게 실감 나게 체험한 것은 처음이었다. 반면 한국에서는 나와 내 학생이 유일한 참석자였다. 우리보다 국가 규모가 작은 대만이나 싱가포르에서도 꽤 많은 참가자들이 온 것과는 대조적이었다. 물론 한국의 진화학계에 홍보가 잘 되지 않은 탓이기도 하겠지만, 한국의 척박한 학문적 상황을 반영하는 것이기도 하겠다. 진화생물학은 생물학의 근본을 이루는 학문일 뿐만 아니라 여러 분야 중에서도 최근 가장 급격히 발전하는 분야 중 하나임에도 한국의 연구중심대학 중 상당수에서 진화생물학자가 한 명도 없다. 부끄러운 일이다. 반면 외국의 명문 대학에서는 아예 진화생물학과가 따로 있는 경우가 허다하다. 이번에 내 연구실로 새로 입학할 학생이 입시 면접 때 ‘왜 진화를 전공하려고 하느냐?’라는 질문에 ‘진화생물학은 다른 생물학 분야를 모두 통합하는 생물학이기 때문’이라는 훌륭한 답변을 했다고 전해 들었다. 진화유전학자 테오도시우스 도브잔스키는 “진화의 빛에 비추지 않고는 생물학의 어떤 것도 납득되지 않는다.(Nothing in Biology Makes Sense Except in the Light of Evolution)”라고 표현했다.  연구비를 따는 데 도움이 안 된다는 진화생물학에 대한 편협한 시각과 부족한 지원 속에서 뜻있는 한국의 진화 연구자들과 학문후속세대가 고군분투하고 있다. 2022년 9월에는 드디어 한국에도 진화학회가 출범했다. 기초과학 경시 풍조, 연구개발 예산 삭감 등 외부적인 여건은 암울하지만 그래도 희망을 놓을 수는 없는 것은 한국진화학회를 뜨겁게 달군 젊은 연구자들의 열정 때문이다. 그 열정과 함께 우리도 어엿한 아시아 진화학회의 구성원이 될 미래로 나아가고자 한다.   디자인 : 박수민

연구는 실패의 연속이다. 특히 실험은 더욱더 그렇다. 박사과정을 통해 내가 배운 확실한 한 가지는 “실험은 실패한다”는 것이다. 경험상 실험이 계획대로 한 번에 성공할 가능성은 높게 잡아야 30% 미만이다. 학부 때 배우는 가장 간단한 실험조차도 그렇다.  예컨대 코로나19로 인해 일반인들도 친숙해진 PCR(중합효소연쇄반응)은 이론상으로는 매우 간단한 실험이다. 마치 두꺼운 책에서 원하는 부분만을 복사기로 복사하듯, DNA와 복사하고자 하는 부분을 표시해 주는 물질(프라이머), 그리고 DNA 복제효소를 섞은 플라스틱 튜브를 PCR 기계에 넣고 작동시키면 내가 원하는 DNA 서열이 증폭되어야 한다. 그런데 마치 잉크가 떨어진 복사기에서 빈 종이가 출력되는 것처럼, PCR이 끝나고 플라스틱 튜브 안의 내용물을 확인해 보면 텅텅 비어있는 경우가 부지기수다. 왜 PCR 같은 간단한 실험이 실패하는 것일까? 그건 실전에선 교과서엔 나오지 않는 변수들이 너무나도 많기 때문이다. 실수로 일부 시약을 깜빡했을 가능성, 시약 안에 들어 있는 중요 성분이 잘못 디자인되거나 변성되었을 가능성, 실험 온도와 시간이 부적합했을 가능성 등 실패는 수많은 이유에서 비롯될 수 있다. 문제는 그 많은 가능성 중에서 진짜 실패의 원인을 찾아내기가 간단치 않다는 것이다. 이른바 ‘트러블 슈팅(trouble shooting)’에 너무 많은 시간이 들어간다. 꼬꼬마 대학원생에서 독보적인 과학자로 성장하고 싶은 마음은 굴뚝같은데 간단한 실험에 계속 발목이 잡혔다. 비유하자면 에베레스트를 등산해야 하는데 신발 끈이 엉켜 출발을 못 하는 상황이 이어졌다. 자연스럽게 실험은 엄청난 스트레스가 되었다. 계획을 세우고, 실험을 진행하고, 실패하고, 왜 실패했는지 추정해 보고, 다시 실험하고, 또 실패하고, 다른 가능성을 검토하고, 또 수정 실험을 해보는 일의 반복은 정말이지 괴로웠다. 운 좋게 문제의 원인을 찾아낼 때도 있었지만 동원할 수 있는 모든 수단과 방법을 써도 실패를 성공으로 바꿔내지 못한 적도 많았다. 그런 완전한 실패가 닥칠 때면 절망의 늪이 된 실험실에서 허우적거려야 했다. 그런데 끊임없이 이어지는 실패의 시간 속에서 나에게 어떤 근본적인 변화가 일어났다. 켜켜이 쌓인 좌절이 체념으로 발효되어 “또 실패하면 어떡하지.”라는 걱정 대신 “어차피 안 될 거야. 되면 그게 실험인가.”라는 루저의 마음으로 실험에 임하게 된 것이다. 성공에 대한 기대가 사라지고 실패에 관대해지자 뜻밖에도 실험의 괴로움이 점점 줄어들었다. 달라진 것은 없었다. 여전히 실험은 번번이 실패했다. 다만 예견된 좌절은 더 이상 좌절이 아니었다. 덕분에 나는 감정이 없는 기계처럼 해야 할 일을 할 수 있게 됐다. 실패의 원인을 추적하고 새로운 실험을 통해 그것을 확인해 보는 일의 반복. 그러다 보면 가끔 실패가 끝나고 기적 같은 성공이 찾아왔다. 그리고 그것으로 충분했다. 연구의 거의 전부에 가까운 그 일을 담담하게 일상으로 받아들이게 되면서 나는 연구자의 길을 선택할 수 있었다. 사실 실패는 인간의 전유물이 아니라 생명의 본성이다. 모든 세포는 끊임없이 실패한다. 생명체의 본업은 생명을 이어가는 일이다. 세포 깊숙한 곳의 DNA 속에는 온갖 어려움을 이기고 생존하여 생명을 재생산하는 데 필요한 각종 프로그램들이 코딩되어 있다. 이 프로그램들이 적절하게 작동하면 개체는 죽음 뒤편으로 사라지기 전에 다음 세대로 DNA를 복제하여 전달할 수 있다. 따라서 생명의 연속은 DNA의 정확한 복제에 그 성패가 달려있다. 하지만 생명체는 항상 완벽한 복제에 실패한다. DNA를 복제하는 과정에서 DNA 복제효소가 오류를 범하기도 하고, 방사선이나 화학 물질에 의해 손상된 DNA를 수선하는 과정에서 실수를 하기도 한다. 그 실패로 인해 끊임없이 돌연변이가 만들어진다. 실패의 산물인 돌연변이는 암을 일으키기도 하고, 자손에게 희귀 유전병을 물려주기도 한다. 그런데 ‘돌연변이’라는 말이 주는 부정적인 어감과 달리 세포의 실패는 진화의 유일한 원재료가 된다. 새로운 DNA가 있어야 새로운 형태와 새로운 기능이 출현할 수 있는데, 세포들이 완벽한 복제에 거듭하여 실패한 덕분에 생명 공동체 속에서 매 순간 새로운 DNA가 출현한다. 돌연변이는 대체로 생명체에 아무런 영향을 주지 않거나 종종 해를 입히지만, 아주 가끔 기적적으로 혁신을 가져다준다. 그리고 자연선택이라는 보이지 않는 손이 기적적으로 출현한 혁신을 지닌 생명체를 감별하고 널리 퍼뜨린다. 그렇게 나무도, 새도, 물고기도, 그리고 우리도 무수히 많은 돌연변이로부터 만들어졌다.  연구자의 삶도, 세포의 삶도 실패의 연속이다. 그리고 끊임없이 이어지는 실패를 관대하게 용인한 덕분에 가끔 기적처럼 찾아오는 성공으로부터 새로운 지식과 새로운 생명이 출현한다. 지구를 뒤덮고 있는 모든 눈부신 생명은 바로 자연선택이 실패의 무덤으로부터 한 겹 한 겹 쌓아 올린 기적의 퇴적층이다. 우리는 모두 실패로부터 진화했다. 디자인 : 박수민

킹크랩은 ‘킹’ 사이즈는 맞지만, ‘크랩’은 아니다. 이게 무슨 ‘게소리’인가 싶겠지만, 진짜로 킹크랩은 게(크랩)가 아니다. 게는 갑각류 중에서도 단미하목(Brachyura)이라는 분류군에 속하는 동물들로, 티라노사우루스가 뛰어다니던 백악기에 출현한 것으로 추정되는 ‘시조게’의 후손들이다. 게 종들은 ‘게 같은’ 형질을 공유하는데, 이는 같은 십각류에 속한 가까운 친척 분류군인 새우, 가재 등과 게의 차이를 떠올리면 알 수 있다. 넓적하고 평평해진 몸통, 길이가 짧아지고 접혀서 가슴 쪽으로 말려 들어가 ‘배딱지’가 된 꼬리, 고도로 발달한 집게발, 걷는 데 특화된 다리 등이 ‘게 같음’을 구성하는 핵심 형질이다. 그런데 킹크랩은 이러한 ‘게 같음’을 거의 대부분 충족시키지만, 게 가문에 속하지 않는 ‘유사 게’이다. 킹크랩은 단미하목이 아니라 집게하목(Anomura)에 속하며, 대게와 비슷하게 생겼지만 오히려 소라게에 훨씬 가까운 친척이다. 달리 말해 킹크랩의 ‘게 같음’은 진짜 게의 ‘게 같음’과 기원을 공유하지 않는다. 즉, 게가 게가 된 것과, 킹크랩이 게처럼 된 것은 독립적으로 일어난 사건이다. 그 증거 중 하나가 대게와 킹크랩의 다리 숫자이다. (대게는 다섯 쌍, 킹크랩은 네 쌍이다.)  흥미롭게도 게, 새우, 가재가 속한 십각류에서 게가 아닌 계통이 게처럼 된 경우가 킹크랩 외에도 여럿 관찰된다. 코코넛크랩도 크랩이 아니라 집게하목에 속하는 유사 게이다. 이처럼 게가 아닌 계통에서 게처럼 진화하는 현상을 ‘게화(carcinization)’라고 부른다. 그렇다면 왜 자꾸 십각류에서 게 같은 생물들이 출현하는 것일까. 진화생물학에서 서로 다른 계통에서 비슷한 양상으로 형질의 진화가 일어나는 것을 ‘수렴진화’라고 부른다. 이 수렴진화를 일으키는 원동력은 바로 비슷한 ‘선택압’이다. 비슷한 환경적 요인으로 인해 비슷한 자연선택의 압력을 받으면 마치 같은 거푸집에 넣고 주조한 청동 조각처럼 비슷한 생물이 출현하게 된다. 유전자 중심의 진화 이론은 마치 유전자가 가장 중요한 진화의 주체인 듯한 착각을 불러일으키지만, 수렴진화는 ‘적응’이라는 패턴을 만들어 내는 힘이 유전자 그 자체가 아니라 환경에서 나온다는 사실을 보여주는 핵심 증거이다.  게화라는 수렴진화를 일으키는 중요한 환경 요인으로는 포식자로부터의 회피와 방어가 꼽힌다. 납작하고 짧은 게화된 몸은 바위틈 등에 숨기도 좋고, 꼬리를 감추어 사냥당할 위험도 낮추기 때문이다. 따라서 가재나 새우에 더 가까운 특징을 지닌 십각류 계통에서 게처럼 만들어 주는 변이가 출현한다면, 이러한 변이를 지닌 개체들이 더 잘 생존하고, 이러한 일이 여러 계통에서 다발적으로 일어나 게 같은 계통이 독립적으로 출현했다는 설명이다. 필자가 이토록 ‘게소리’를 진지하게 하는 이유는 한국의 정치 현실에 시사하는 바가 크기 때문이다. 어떤 정치인이 집권하든, 어떤 정당이 다수당이 되든 통합보다는 분열에 앞장서고, 합리적인 의견보다는 목소리 큰 사람들이 득세하며, 미래를 향해 서로 머리를 맞대기보다는 과거를 두고 멱살을 잡느라 여념이 없는 수렴진화의 패턴이 반복되고 있다. 새로운 정치인에게 기대를 걸었다 실망하고, 정권교체에 기뻐했다가 절망하는 일이 반복되는 것은 정치 환경이라는 ‘거푸집’을 그대로 두고 자꾸 ‘쇳물’만 바꾸려 하기 때문이 아닐까. 나쁜 사람들이 권력을 얻는 환경, 혹은 착한 사람들이 나빠져야만 권력을 얻는 환경이라면, 아무리 많은 새로운 인재를 등용한다 하더라도 정치의 풍경은 거기서 거기일 테다. 디자인 : 박수민

진화란 ‘우연과 필연’의 합작품이다. 자연선택은 ‘적자생존’이라는 필연을 만들어 내는 힘이다. 환경에 더 적합한 유전 변이들이 집단 내에서 널리 퍼지면서 적응이라는 필연이 실현된다. 돌연변이라는 우연은 자연선택이라는 필연이 작동할 수 있는 진화의 재료를 제공한다. 유전 변이는 DNA의 복제나 수선 과정에서의 우연한 오류로 생성된다. 말하자면 돌연변이라는 우연이 끊임없이 점토를 만들어 내고, 자연선택이라는 필연이 도공이 되어 점토 덩어리를 온갖 쓸모 있는 그릇으로 만들어 내는 것이 진화의 한 양상이다. 진화의 제비뽑기, ‘유전적 부동’ 그런데 돌연변이만큼이나 진화에서 중요한 우연이 있다. 일반인들에게는 생소할, 유전적 부동(genetic drift)이다. 진화란 집단의 유전적 조성이 변화하는 것이다. 이때 유전적 부동은 자연선택이라는 필연의 힘이 아니라 제비뽑기라는 우연의 힘에 의해 유전적 조성이 변화하는 현상을 뜻한다. 진화에서 제비뽑기라니, 무슨 말일까. 단일 수종의 어떤 숲이 벌목으로 90퍼센트가 소실되었다고 해보자. 이때 벌목된 나무들 속에 들어 있던 DNA도 다음 세대로 전달되지 못하고 사라진다. 그 결과 벌목 전과 후의 나무들이 지니고 있는 DNA의 총체가 달라진다. 벌목이라는 우연한 사건으로 집단의 유전적 조성이 변하게 된 것이다. 사실 이렇게 천재지변에 의해 집단의 크기가 줄어드는 제비뽑기가 일어나지 않아도 유전적 부동은 항상 일어난다. 생식 과정에서 일어나는 유전자 재조합 때문이다. 기본적으로 생식은 제비뽑기이다. 정자와 난자가 만들어질 때, 부모에게 받은 DNA의 절반이 염색체 교차라는 제비뽑기를 통해 섞여서 들어간다. 똑같은 부모에게서 나온 형제자매가 서로 다른 DNA를 지니는 이유가 바로 이 제비뽑기 때문이다. 그런데 형제자매의 수가 적으면 적을수록, 부모가 가지고 있는 유전 변이 중 일부가 다음 세대로 전달되지 않을 확률이 커진다. 무수히 많은 수의 자손을 낳지 않는 이상 형제자매의 DNA를 다 긁어모으더라도 부모의 DNA를 완전히 커버할 수 없으며, 이 과정에서 ‘유전 변이의 소실’이 일어난다. 이건 돌연변이만큼이나 보편적인 생명의 확률적 본성이다. 집단의 크기에 따른 유전적 부동 유전적 부동이라는 우연에서 가장 중요한 변수는 ‘집단의 크기’이다. 집단의 크기가 작을수록, 유전적 부동이 ‘세게’ 걸린다. 형제자매의 수가 적을수록 부모의 유전 변이를 더 많이 잃어버리는 것과 같다. 가장 극단적인 경우는 외동이다. 아이가 하나면 부모의 DNA 중 절반이 다음 세대에서 사라진다. 그 사라진 DNA 속에 어떤 변이가 들어있고 어떤 표현형 효과를 내는지와 무관하게 말이다. 하지만 설령 어떤 부모가 외동을 낳아 유전 변이를 잃어버리더라도, 같은 변이를 가진 다른 부모들이 많다면 그중 누군가는 다음 세대로 변이를 물려줄 것이다. 즉, 집단의 크기가 커야 제비 뽑기의 횟수가 늘어나고, 변이들을 한 명에게라도 물려줄 수 있는 가능성이 커진다. 멸종위기 종의 개체수를 충분히 유지해 줘야 하는 이유도 여기에 있다. 개체수가 줄어들면 유전적 부동이 강해지고, 유전적 부동이 강해지면 유전적 다양성 소실이 가속화되고, 유전적 다양성이 소실되면 종의 적응력 감소로 이어진다. 우연과 필연의 지배 그런데 자연선택과 유전적 부동은 따로 일어나는 사건이 아니라 동시에 일어나는 사건이다. 생물 집단은 우연과 필연의 동시 지배를 받는다. 집단의 유전적 조성은 유전적 부동을 비롯한 우연과 자연선택을 통한 필연의 합으로써 매 세대 변화한다. 중요한 것은, 이때 우연의 힘이 너무 세면 필연의 효과가 미미해질 수 있다는 것이다. 달리 말해 개체수가 적은 집단에서는 유전적 부동이 강하게 걸려서 자연선택으로 인한 적응이 교란될 수 있다. 환경에 적합한 변이가 출현해도 집단 내에서 퍼지기 전에 유전적 부동으로 소실될 수 있기 때문이다. 거꾸로 환경에 부적합한 변이가 유전적 부동으로 자연선택을 거슬러 집단 내에서 퍼질 수도 있다. 가장 극단적인 경우가 창시자 효과이다. 극소수의 개체(창시자)가 새로운 집단을 형성하게 된다면 그 과정에서 적응도가 떨어지는 변이가 집단 전체에 퍼지게 될 수도 있다. (소수의 개체가 여러 인구 집단을 형성한 인류 진화에서도 이런 일이 빈번히 일어났을 것으로 추정된다.) 중요한 것은 ‘규모의 경제’ 진화적 법칙은 보편적으로 작동한다. 인간 사회에서도 그렇다. 변화하는 환경(시장)에 잘 적응하는 개인과 조직(기업)이 살아남고 번성한다. 그런데 이러한 필연의 원리가 작동하기 위해서는 ‘규모의 경제’가 실현되어야 한다. 규모가 작으면 우연의 힘이 세지고, 제비뽑기의 지배력이 강해진다. 사람은 큰 물에서 놀아야 한다는 말에는 사실 진화적 지혜가 담겨 있다. 잠재력이 있는 사람이 ‘선택’되는 필연적 사건이 일어나기 위해서는, 우연의 힘이 작아지는 큰 집단으로 가야 한다. 디자인 : 박수민

다사다난한 인간사 중에서도 유독 사랑에 대한 노래가 많은 데에는 생물학적인 이유가 있다. 인간은 섹스 없이 생식하는 방법을 잃어버린 생물이기 때문이다. 박테리아와 같은 미생물뿐만 아니라 많은 동식물이 복제를 통해 클론을 만들어 내는 무성생식을 한다. 예컨대 전 세계에서 재배되는 바나나의 상당수가 하나의 개체에서 유래한 클론들이다. 불가사리나 플라나리아는 잘린 몸의 일부로부터 클론을 만들어 내기도 한다. 하지만 안타깝게도(?) 인간은 스스로 클론을 만들어 내지 못한다. 그렇기에 무성생식을 잃어버린 다른 동물들처럼 짝짓기를 해야만 자손을 남길 수 있다. 섹스(유성생식)가 생식의 유일한 길인 인간 공동체에는 늘 에로스가 넘실거린다. 어쩌면 외로움도 유성생식에 의존하게 되면서 강화된 적응적 감정일지도 모른다. 손쉽게 자신의 클론을 만들어 낼 수 있다면, 인간은 지금처럼 사랑에 목마른 생물로 남아있을까. 유성생식이 어떻게 진화했는지, 왜 어떤 생물들은 진화 과정에서 무성생식 능력을 완전히 상실했는지는 베일에 싸여있다. 하지만 나중에 등장한 생식 방법인 유성생식이 왜 이토록 널리 퍼지게 되었는지에 대해서는 유력한 설명이 있다.  섹스는 몸뿐만 아니라 유전자를 섞는 행위이다. 섹스를 통해 태어난 자손은 클론이 아니다. 유성생식은 양친에게는 없던 새로운 조합의 DNA를 지닌 생물을 만들어 낸다. 한식과 양식을 섞으면 새로운 퓨전 요리가 탄생하듯, 원래 있던 DNA의 조합을 거듭하면 생물의 형질이 눈에 띄게 달라질 수 있다. 그런데 늘 새로운 조합을 만들어 낸다는 말은, 좋은 조합을 지켜내기 어렵다는 뜻이기도 하다. 농업에서 무성생식을 적극 활용하는 이유도 여기에 있다. 우수한 품종을 만들어 내면, 그 품종의 클론을 만들어서 경작하는 것이 작물 생산을 극대화할 수 있기 때문이다. 하지만 작물처럼 인간이 최대한 통제하고자 하는 환경이 아니라 변화무쌍한 자연에서 살아가는 생물들에게는 현재의 좋은 조합이 미래에도 그러리라는 보장이 없다. 지금은 캐번디시 품종이 바나나 상품의 주류이지만, 원래 시장을 주름잡던 품종은 그로 미셸이었다. 파나마병이라는 감염병으로 전 세계에 퍼져 있던 그로 미셸의 클론들이 초토화되기 전까지는 말이다. 유성생식을 통해 다양한 병원균에 대항할 수 있는 유전적 다양성이 유지되었다면 일어나지 않았을 일이었다. 무성생식과 유성생식의 차이 지구 생태계는 늘 변화해 왔다. 새로운 환경에 더 잘 적응한 형질을 나타내는 개체는 더 많은 자손을 남긴다. 그러한 자연선택이 오랜 시간 동안 누적되면 새로운 종이 탄생하기도 한다. 다윈은 자연선택을 통한 진화로 다양한 생물들의 기원을 설명하는 체계적인 이론을 수립했다. 유성생식은 바로 이 과정을 가속할 수 있는 혁신이었다. 돌연변이라는 무작위적인 과정을 통해 생성되는 유전 변이 중 일부는 새로운 환경에 더 잘 적응할 수 있도록 도와주지만, 일부는 오히려 적응도를 떨어뜨린다. 따라서 DNA에 이로운 변이만 골라 담고 해로운 변이는 골라내야 적응도를 최대화할 수 있다. 그런데 무성생식만 하는 종에서는 한 개체가 다른 개체가 가진 이로운 변이를 자기 자손에게 전달할 방법도 없고, 자신이 지닌 해로운 변이를 자신의 클론에게 전달하지 않을 방법도 없다. 요컨대 남의 좋은 변이는 물려줄 수 없고 나의 나쁜 변이는 모두 물려주어야만 한다. 반면 유성생식을 하는 종에서는 새로운 조합이 가능하다. 서로 다른 변이를 지닌 개체들 사이의 교배가 이루어지면, 확률적으로 이전 세대보다 더 이로운 변이의 조합을 지닌 자손들이 나오게 되고 (당연히 더 해로운 변이의 조합을 지닌 자손들도 출현한다), 이들이 자연선택될 기회가 생긴다. 유성생식과 무성생식을 모두 하는 생물 중 환경이 열악할 때 유성생식을 하는 생물이 많은 것은 우연이 아니다. 새로운 변이의 조합을 만들어 내는 유성생식은 변화된 환경에 더 잘 적응하는 자손을 생산할 가능성을 높이기 때문이다. 요컨대 성의 본질은 서로 다른 변이를 지닌 개체들이 몸을 섞어 새로운 가능성을 열어낸다는 데에 있다. 다양성을 위한 유성생식 나는 이러한 무성생식과 유성생식의 차이가 인간 공동체의 사회적 측면에도 시사하는 바가 적지 않다고 생각한다. 개인 간, 집단 간의 분열과 혐오, 고립은 결국 비슷한 생각을 지닌 클론들을 만들어 내는 무성생식적 특성을 나타내는 현상을 초래한다. 특히 SNS의 발달로 끼리끼리 뭉치고 분열하기가 쉬워지면서 이러한 경향이 더 심화되고, 정치적으로는 진영논리와 팬덤정치가 강해지면서 특정 인물 혹은 정파의 클론은 늘어나고 정치적 다양성은 억압되는 것처럼 보인다. 이는 무성생식의 치명적인 단점인 멀러의 래칫(Muller’s ratchet)으로 이어질 수 있다. 엑스레이가 돌연변이를 유도한다는 사실을 발견해 노벨생리의학상을 수상한 유전학자 멀러는 무성생식하는 생물에서는 해로운 변이가 비가역적으로 누적되기 쉽다는 점을 일찍이 예리하게 지적했으며, 실제로 여러 실험을 통해 이러한 멀러의 래칫으로 생물 집단이 몰락하는 결과가 관찰되었다. 분열된 사회의 가장 큰 위험은 어쩌면 이 멀러의 래칫에 있을지도 모른다. 생각이 다른 집단끼리 서로 소통하지 않는다면, 마치 무성생식하는 생물집단에서 해로운 변이가 차곡차곡 쌓이듯 잘못된 생각이 쌓여 잘못된 판단으로 이어질 수 있기 때문이다. 국지적인 사회 변화가 아니라 문명 전환이라고 불러도 무방한 대변혁의 시기를 관통하고 있는 한국 사회에 필요한 것은 무성생식의 결함이 아니라, 유성생식의 창조력이 아닐까. “너는 톱니바퀴 속 작고 작은 부품 / 정말 아무것도 아니지 / 사랑에 정복당할 시간도 없는 / 희한한 시대에서 열심히 사는구나”(옥상달빛, ‘희한한 시대’ 중)라는 노랫말처럼 사랑을 이야기한다는 것이 사치스럽고 순진하게 느껴지는 ‘희한한 시대’를 살아가고 있지만, 진화생물학자로서 나는 여전히 타자 간의 사랑(성)에 희망을 걸 수밖에 없다. 오늘도 지구 구석구석에서 벌어지고 있는 짝짓기의 향연이 ‘섞임’을 통해 좋은 것은 가려 모으고 나쁜 것은 털어내는 사랑의 힘을 증거하고 있으니. 디자인 : 박수민

진화생물학자로서 아주 의아한 사실이 있다. 왜 호모 사피엔스에 이르러서야 지구에 문명이 등장하게 되었을까. 누군가 ‘인간만큼 똑똑한 종이 없었으니까 그렇겠지!’라고 대답하겠지만, 그 대답은 오히려 또 다른 질문을 불러일으킬 뿐이다. 왜 인간만큼 똑똑한 종이 지금껏 출현하지 않았을까. 인간의 지능은 특별하다. 보이지 않는 전자기파를 이용해 무선 통신으로 지구 반대편 사람들과 실시간으로 대화를 나누고, 물질 사이에 작용하는 힘을 정밀하게 계산하여 하늘로 솟은 마천루와 바다를 가로지르는 다리를 건설한다. 거대한 현미경과 망원경을 만들어 아주 작은 물질과 아주 멀리 떨어져 있는 별들을 관찰하고, 그것도 모자라 직접 대기권을 벗어나 광활한 우주공간을 항해한다. 실험실에서 미니 장기를 제작하고, 킬러세포를 만들어서 암세포와 싸우게 한다. 진화 역사상 어떤 생물 종도 이루지 못한 업적들이다. 이러한 인간의 놀라운 지적 능력은 뇌에서 나온다. 그런데 진화의 관점에서 보자면 인간의 뇌를 만들어 내는 것은 그다지 어렵지 않다. 인간의 뇌는 무에서 유로의 새로운 발명을 통해 만들어진 것이 아니라, 매우 짧은 시간 동안 진행된 ‘업그레이드’의 산물이기 때문이다. 인간과 침팬지는 체중이 비슷한 편이지만, 인간이 훨씬 더 커다란 뇌를 지니고 있다. 단, 성장을 완료했을 때 기준이다. 갓 태어났을 때 인간과 침팬지 뇌의 크기는 비슷하다. 그러나 침팬지의 뇌는 출생 이후 별로 성장하지 않지만, 인간의 뇌는 계속 자라며 점차 크기 차이가 벌어진다. 달리 말해 발생 과정에서 뇌는 일정 시기가 되면 성장이 ‘억제’되는데, 인간에게서는 침팬지에서보다 이 억제 스위치가 훨씬 늦게 켜지는 방식으로 뇌 용량의 업그레이드가 일어났다. 이렇게 중사양 영장류 공동조상의 컴퓨터(뇌)가 더 커다랗고, 더 주름진 현생 인류의 뇌로 업그레이드되는 데에 걸린 시간은 수백만 년에 불과(!)했다. 진화적 스케일에서 볼 때 동물의 뇌가 처음 출현한 후로 흐른 수억 년에 비하면 아무것도 아닌 시간이다.  더욱 중요한 사실은 인류의 뇌가 업그레이드된 시간이 다른 모든 종에게도 동등하게 주어졌다는 것이다. 침팬지에게도 인간만큼 똑똑한 뇌로 업그레이드할 시간이 정확히 동일하게 주어졌음에도 그러한 일이 일어나지 않은 이유는 왜일까. 더 거슬러 올라가면 왜 다른 영장류나 포유류, 혹은 파충류에게서는 일어나지 않았을까. 이를테면 공룡 말이다.  2억 5천만 년 전쯤 출현하여 6,500만 년 전쯤 대부분 멸종할 때까지, 공룡은 지구에서 가장 번성하는 동물이었다. 2억여 년의 시간은 인간에 버금가는 뇌를 지닌 종이 여러 번 만들어지고도 남을 충분한 기간이었다. 그럼에도 불구하고 문자를 사용하고 도시 문명을 이룩한 ‘똑똑한’ 공룡은 등장한 적 없었다. 어떤 종의 두뇌가 더 커지려면, 그 종에서 더 큰 두뇌를 지닌 개체들이 더 잘 살아남아 더 많은 자손을 남기는 일이 오랫동안 이어져야 한다. 오로지 이 자연선택만이 뇌가 더 커지고 똑똑해지는 유일한 길이다. 실제로 그 일이 지난 수백만 년 동안 우리 조상 집단에서 일어났기에 호모 사피엔스는 지금의 뇌를 지니게 되었다.  만약 인간처럼 큰 두뇌와 특출한 지능을 지니는 것이 적응에 절대적으로 유리했다면, 자연선택은 우리처럼 똑똑한 종을 이미 숱하게 만들어 내고도 남았어야 한다. 하늘을 날아다니는 것의 장점 덕분에 날개가 곤충과 새와 박쥐에서 독립적으로 여러 번 진화했던 것처럼 말이다.  그런데 문명을 일군 종이 단 한 번 출현했다는 것은, 그 많은 공룡 중 도시를 일궈 낸 공룡이 한 번도 없었다는 것은, 마치 몸집이 무조건 크다고 우월한 종이 아닌 것처럼, 지능 또한 일정 수준이 넘어서면 생존과 적응에 별 도움이 안 될 가능성이 있다는 것이다. 인류 문명이 끊임없이 전쟁으로 인간을 살육해 오다가 이제 지구 생태계 전체를 파멸의 길로 내몰고 있는 것을 생각하면 그럴듯한 추측이다. 수많은 종이 명멸해 간 진화의 역사 속에서 더 똑똑한 종이 살아남는 것이 아니라, 변화에 더 잘 대처한 종이 살아남았다. 인공지능 시대에 모두가 ‘지능’을 외치고 있지만 진화생물학자의 관점에서 중요한 것은 지능이 아니라 적응력이다. 변화하는 환경에 적응하지 못해 도태된다면 지능이 무슨 소용인가. 아무리 덩치가 커도 멸망해 버리고만 공룡들처럼, 시험 문제를 잘 풀지는 몰라도 시대의 변화에 둔감한 ‘헛똑똑이’들이 이끌고 가는 집단은 자연선택의 무서운 힘 앞에서 쇠퇴할 수밖에 없다. 공룡이 멸망한 것은 멍청해서도, 문명을 이룩하지 못해서도 아니다. 변화에 적응하지 못했기 때문이다. 디자인 : 박수민