모든 생물은 어떻게 팔과 다리가 짝수로 대칭으로 되었을까요?
당연하다면 당연하다고 할 수도 있겠지만 모든 생물이 어떻게 처음부터 팔과 다리가 좌우로 짝수로 대칭으로 생길 수 있었는지(물고기도 아가미가 대칭으로 짝수로 되어 있듯이) 이게 처음에는 홀수인 경우도 있었다가 진화의 과정을 거치면서 그렇게 된 것인지 아니면 처음부터 어떤 생물학적인 세포분열의 원리로 완벽한 짝수로 될 수 있었는지요?
생물의 팔다리가 짝수로 대칭을 이루게 된 것은 발생 초기 단계에서 세포분열 과정의 원리와 밀접한 관련이 있습니다.
모든 다세포 생물은 수정란에서 시작하여 세포분열을 거듭하며 발생합니다. 이 때 수정란이 분열하면서 세포들은 대칭을 이루며 배열됩니다. 세포분열축이 2개로 나누어지면서 좌우대칭이 형성되고, 이후 전후축, 배꼽축 등이 추가로 형성되어 3차원적인 체제를 갖추게 됩니다.
이렇게 수정란의 초기 세포분열 과정에서 대칭성이 결정되므로, 정상적인 발생 과정을 거치는 한 홀수의 팔다리는 생길 수 없습니다. 세포분열의 원리상 항상 짝수 개의 대칭을 이루는 팔다리가 만들어지게 되는 것입니다. 따라서 생물의 대칭적 구조는 세포분열에 의한 발생 초기 단계에서부터 기인한 결과라고 할 수 있습니다.
사람과 조류 대부분은 다리가 1쌍이며, 개와 같은 포유류나 파충류, 개구리와 같은 양서류는 다리가 4개입니다, 오징어는 10개, 문어는 8개인데요 이처럼 모든 생명체는 다리의 개수에는 차이가 있을지 몰라도 모두 짝수개를 가지고 있습니다. 대부분의 동물들은 대칭의 특징을 띠는데요, 사람의 경우에는 양 옆에 팔과 다리를 가지며 어류의 경우에도 양 옆에 대칭인 지느러미를 갖습니다. 진화의 가장 강력한 제약 조건은 바로 계통발생인데요, 계통발생이란 생물의 여러 종이 진화해온 과정을 말합니다. 즉 팔다리가 나오기도 전에 양쪽이 대칭인 몸이 초기에 유전적으로 채택됐을 것이며 초기 DNA의 선택은 어떤 동물들도 홀수 개의 다리로 진화하는 것을 방해했을 것이라고 생각해볼 수 있습니다.
생물의 좌우 대칭성은 진화 과정에서 매우 일찍이 나타난 특성 중 하나입니다. 대칭은 생물이 생존하는데 있어 효율적이기 때문입니다. 움직임이나 균형을 잡는데에 많은 에너지 소비량을 줄일 수 있습니다. 초기의 생물보다 더 복잡한 생물의 움직임과 행동을 가능하게 진화된 이후로 같이 효율적인 진화를 택하게 된 결과물입니다.
안녕하세요.
많은 동물이 대칭형인 것은 발생과정에서 나타나는 과정으로 설명할 수 있습니다.
발생학 중 형태형성에 관한 이론들이 있습니다.
이런 대칭성은 물리학적인 이유에서 발생합니다.
발생과정 중 특정 형태로 분화하게하는 모르포겐이라는 물질이 분비됩니다.
모르포겐에는 BMP, Wnt, Nodal, tshh등이 있습니다.
모르포겐은 농도에 따라 형태의 형성을 조절합니다. 그리고 발생원을 중심으로 확산하며 농도기울기를 형성합니다.
발생 초기에 난자가 난할을 진행하다가 포배강(공모양의 세포배열, 안쪽에는 액체가 있는 상태)을 형성하고
원구가 생기며 낭배강을 형성합니다.
이때 외배엽 중배엽 내배엽의 구획이 나누어지고 각 배엽이 신체의 부분으로 발생을 진행합니다.
각 배엽에 따라 분화할 조직은 정해져 있습니다.
이후 빨대처럼 중간이 1자로 뚫린 구조를 가집니다.
이 시점에서 생물의 위 아래가 결정되고
세로방향의 축이 결정됩니다. 이 과정은 shh가 관여합니다.
세로방향으로는 신경관이 발달하게되며 이곳을 중심으로 특정 모르포겐들이 생성됩니다.
이는 팔다리의 발달 등을 조절합니다.
중심에서 확산되어 퍼지게되므로 좌우 비슷한 농도구배를 형성합니다.
또 중심부의 고농도 모르포겐에 의한 세포신호 전달도 좌우로 전달되므로
생물은 대칭으로 발달하게됩니다.
중추신경을 중심으로 좌우로 대칭이 되므로 동물의 사지의 갯수는 주로 짝수개가 됩니다.
물론 모든 모르포겐이 대칭을 유발하지는 않지만, 발생과정에서 큰 틀은 대칭성을 가지게 합니다.
좌우대칭은 발생의 과정에서 설명이가능하고,
기능적인 면에서도 여러가지 이점이 있기 때문에 이런 발생과정은 계속 전달되며 유지되어 왔을것으로 생각됩니다.