환경이 갑자기 반대로 변한다면 기존에 유리했던 형질은 얼마나 빠르게 감소할 수 있을까요?

Question

안녕하세요. 자연선택이 오랜 시간 지속되면 특정 형질을 가진 개체의 대립유전자 빈도가 점차 증가한다고 배웠습니다. 만약 환경이 갑자기 반대로 변한다면 기존에 유리했던 형질은 얼마나 빠르게 감소할 수 있을까요? 또한 자연선택과 유전적 부동이 함께 작용할 때 집단의 진화 방향은 어떻게 달라질까요?

Answer 1

안녕하세요. 환경이 오랜 기간 일정하게 유지되면 그 환경에 유리한 형질을 가진 개체가 더 많이 살아남고 번식하여 해당 대립유전자의 빈도가 점차 증가하는데요, 하지만 말씀해주신 것처럼 환경이 갑자기 반대로 변하면 이전에 유리했던 형질은 오히려 불리해질 수 있으며, 그 대립유전자의 빈도도 감소하기 시작합니다.

이때 감소 속도는 일정하지 않으며, 새로운 환경에서 얼마나 큰 생존 또는 번식의 불이익을 받는지에 따라 달라집니다. 만약 불리한 정도가 매우 크다면 몇 세대 만에 대립유전자 빈도가 크게 감소할 수도 있고, 반대로 불리한 영향이 작거나 해당 형질이 일부 상황에서는 여전히 도움이 된다면 수십에서 수백 세대 동안 집단에 남아 있을 수도 있습니다. 이때 열성 대립유전자는 이형접합자에게 숨어 존재할 수 있다보니, 완전히 사라지는 데는 매우 오랜 시간이 걸리는 경우가 많습니다. 자연선택과 유전적 부동이 함께 작용하면 집단의 진화는 더욱 복잡해지는데요, 자연선택은 환경에 유리한 형질의 빈도를 높이는 일정한 방향성을 가집니다. 하지만 유전적 부동은 우연에 의해 대립유전자의 빈도가 변하는 현상으로 방향성이 없으며, 특히 개체 수가 적은 집단에서는 유전적 부동의 영향이 매우 커져, 환경에 유리한 대립유전자조차 우연히 사라지거나 불리한 대립유전자가 남을 수도 있습니다. 반대로 개체 수가 매우 많은 집단에서는 우연의 영향이 상대적으로 작아지고 자연선택이 더 강하게 작용하므로, 환경에 적응하는 방향으로 진화가 이루어질 가능성이 높습니다. 감사합니다.

Answer 2

자연선택의 방향이 뒤바뀌는 현상과 유전적 부동의 상호작용은 진화 생물학에서도 상당히 중요하게 다루는 영역이죠.

만일 기존에 유리했던 형질이 우성(A)이었다면 바뀐 환경에서 자연선택의 표적이 되어 몇 세대 만에 매우 빠르게 감소합니다. 하지만, 열성(aa) 형질이었다면, 환경이 불리해지더라도 이형접합자(Aa) 속에 숨어 자연선택을 피할 수 있어 매우 느리게 감소하며 오랫동안 살아남습니다.

또한 집단이 크면 자연선택이 주도하기 때문에, 새로운 환경에 유리한 유전자가 늘어나는 예측 가능한 방향으로 진화하게 됩니다.

하지만, 집단이 작으면 우연에 따르는 유전적 부동의 힘이 더 강해집니다. 이 경우 환경에 아무리 유리한 형질이라도 우연히 사라질 수 있어, 오히려 불리한 형질이 집단에 고착되기도 합니다.

결론적으로 대집단에서는 적자생존(자연선택)이 진화의 방향을 결정하지만, 소집단에서는 운이 좋은 자의 생존(유전적 부동)이 방향을 뒤흔들게 되는 것입니다.

Answer 3

안녕하세요. 임형준 수의사입니다.

환경이 바뀌면 기존 유리 대립유전자는 새 환경에서 불리한 정도(선택계수), 세대 길이, 초기 빈도에 따라 감소합니다. 강한 음의 선택이면 몇~수십 세대에도 크게 줄 수 있지만, 열성, 중립에 가까우면 오래 남습니다. 유전적 부동은 특히 소집단에서 우연히 대립유전자를 고정, 소실시켜 자연선택의 방향을 흐리거나 가속할 수 있습니다.