환경에 적응하며 변화하는 동식물의 진화의 원리에 대하여 궁금합니다.

Question

동물과 생물, 심지어 바이러스 까지도 환경에 적응하며 '계속기업'처럼 생존하려고 DNA를 변화(돌연변이?) 시킨다고 합니다.

DNA를 복제하는 과정에서 돌연변이가 생겨나고, 그것이 환경에 잘 적응하게 되면 그런 형질을 지닌 개체가 번성하게 된다고 알고 있습니다.

그런데 저는 DNA의 복제 과정이 우연이 아닌 필연의 과정이라는 생각이 자꾸만 듭니다.

왜냐하면, 우리가 세균의 침입으로 인해 감염을 억제하기 위하여 항생제를 먹으면 처음엔 잘 듣다가 나중엔 내성이 생겨서 더 강한 항생제가 필요하게 되니다. 이는 세균이 생존을 위해 진솨했다는 의미라 생각됩니다. 바퀴벌레도 그런 것 같고, 풀을 죽이려고 주는 제초제도 내성이 생기는 걸 보면 그런 것 같습니다.

이 지점에서 궁금합니다.

동식물은 어떻게 외부 환경 변화에 대처하기 위하여 외부 데이터를 기록하고 대처할 방법을 강구해서 후대에 남기게 되는 걸까요?

이런 생명의 시스템이 궁금합니다.

알기 쉽게 알려 주실 분 계실까요?

Answer 1

안녕하세요. 현재 생물학에서는 돌연변이는 대부분 환경이 원하는 방향으로 생기는 것이 아니라 우연히 발생하며, 자연선택이 그중 유리한 변이를 남기는 과정으로 진화가 일어난다고 봅니다. 우선 DNA는 세포가 분열할 때 복제되는데요, 이 과정은 매우 정확하지만, 수십억 개의 염기를 복제하다 보면 드물게 실수가 일어납니다. 또한 자외선, 방사선, 화학물질 등의 영향으로 DNA가 손상되는데, 이 과정에서 발생한 돌연변이는 대부분 생물에게 아무런 영향을 주지 않거나 오히려 불리하며, 일부는 유리한 변이가 됩니다. 항생제를 쓰면 내성균이 생기는 것에 대해 설명드리자면, 세균 집단에는 원래부터 수많은 돌연변이가 존재합니다. 그중에는 우연히 항생제를 분해하거나 항생제가 작용하지 못하게 하는 변이를 가진 세균이 아주 적은 수 포함되어 있을 수 있습니다. 항생제를 투여하면 대부분의 세균은 죽지만, 이러한 내성 세균은 살아남습니다. 살아남은 세균이 빠르게 증식하면 결국 집단 전체가 내성을 가진 것처럼 보이게 되는 것으로, 즉 항생제가 내성을 만든 것이 아니라, 원래 존재하던 내성 세균을 선택한 것입니다.

또한 생물이 외부 환경을 기억해서 후손에게 전달하는 것은 아닙니다. 생물은 환경 정보를 분석해 이런 돌연변이가 필요하니 만들어야겠다라고 판단하지 못합니다. 대신 한 집단 안에서는 항상 다양한 유전적 변이가 무작위로 생겨나며, 환경이 바뀌면 그중 환경에 적합한 개체가 살아남아 자손을 많이 남기게 되고, 결과적으로 그 형질이 집단 전체에 퍼지는 것입니다. 즉, 환경이 DNA를 원하는 방향으로 바꾸는 것이 아니라, 환경이 이미 존재하는 다양한 유전적 변이 중에서 살아남을 개체를 선택하는 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 정연수 수의사입니다.

정확히 말하면, 생물은 외부 환경을 의도적으로 기록해서 DNA를 바꾸기보다는, 우연히 생긴 유전적 변이가 환경에 의해 선별됩니다. DNA 복제 과정의 오류, 방사선, 화학물질, 바이러스 감염 등으로 돌연변이가 생길 수 있고, 이 자체는 대체로 무작위적입니다. 하지만 그 변이가 생존과 번식에 유리하면 후손에게 더 많이 전달되므로, 선택 과정은 무작위가 아닙니다. 항생제 내성 세균처럼 원래 소수 존재하던 내성 개체가 항생제 환경에서 살아남아 늘어나는 것이 대표적 예입니다.
즉, 생물은 대처법을 배워서 저장한다기보다, 다양한 변이 중 환경에 맞는 형질이 남는 방식으로 적응합니다. 다만 면역 기억처럼 개체가 경험을 세포 수준에서 기억하는 경우도 있지만, 이것이 항상 후손에게 유전되는 것은 아닙니다.

Answer 3

결론부터 말씀드리면 생명체는 외부 데이터를 분석해 의도적으로 DNA를 바꾸는 시스템은 없습니다.

대신 DNA 복제 과정에서 무수히 발생한는 오류 중 아주 우연히 환경에 맞는 변종이 태어날 뿐이죠.

그리고 항생제나 제초제는 생명체를 자극해 진화시키는 게 아니라, 내성이 없는 개체들을 쓸어버리는 체와 같은 역할을 합니다.

결국 우연히 내성을 가진 채 태어났던 극소수의 변종만 살아남아 빈자리를 채우며 번성하게 되는 것입니다.

그리고 살아남은 개체만이 자신의 DNA를 후대에 남길 수 있는 기회를 얻기 때문에, 결과적으로 환경에 적응한 형질만 남게 되는 것입니다.

필연처럼 보이는 이유도 세균이나 바이러스는 번식 속도가 엄청나서 하루에도 수조 번씩 돌연변이 주사위를 던지기 때문입니다. 그래서 인간의 눈에는 내성이 필연처럼 생겨난 듯 보이지만, 그 뒤에는 우연히 살아남지 못하고 죽어간 수많은 개체가 있는 것이죠.

결론적으로 생명은 계획적으로 대처 방안을 강구하는 게 아니라, 무작위 변이와 생존 경쟁이라는 확률 시스템으로 굴러간다고 할 수 있는 것입니다.