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바나나를좋아하는원숭이
서로 다른 계통의 생물이 비슷한 유선형 몸체를 갖게 된 과정은 어떤 환경적 요인과 자연선택의 결과일까요?
안녕하세요. 진화 중에서 수렴진화는 서로 가까운 공통 조상을 가진 생물이 아니더라도 비슷한 환경과 생존 압력에 놓이면 비슷한 형태나 기능을 독립적으로 진화시키는 현상이라고 들었습니다. 그렇다면 상어와 돌고래처럼 서로 다른 계통의 생물이 비슷한 유선형 몸체를 갖게 된 과정은 어떤 환경적 요인과 자연선택의 결과일까요?
5개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 상어와 돌고래의 유선형 몸체는 대표적인 수렴진화의 사례인데요, 두 동물은 계통적으로 매우 다르지만, 모두 물속에서 빠르게 이동해야 한다는 비슷한 환경적 압력을 받았습니다. 물속에서는 몸이 앞으로 나아갈 때 물의 저항을 크게 받는데요, 이때 몸이 길고 매끄러운 유선형에 가까우면 물의 저항을 줄여 적은 에너지로 더 빠르게 이동할 수 있습니다. 상어와 돌고래의 조상 집단에서도 개체마다 몸의 형태에 유전적 변이가 있었을 것이며, 상대적으로 유선형인 개체가 먹이를 추적하거나 포식자를 피하는 데 유리했을 가능성이 높습니다. 이러한 개체가 생존하고 더 많은 자손을 남기는 과정이 여러 세대에 걸쳐 반복되면서 유선형이라는 형질이 자연선택을 통해 점차 발달한 것입니다.
다만 상어와 돌고래의 유선형 몸체가 완전히 같은 방식으로 진화한 것은 아닌데요, 상어는 물고기이고 돌고래는 포유류이기 때문에 지느러미와 꼬리의 구조, 호흡 방식 등은 크게 다릅니다. 예를 들어 상어는 주로 좌우로 꼬리를 흔들어 추진력을 얻지만, 돌고래는 꼬리지느러미를 위아래로 움직입니다. 즉, 비슷한 환경에서 이동 효율을 높여야 한다는 선택압은 비슷한 유선형을 만들어냈지만, 각 계통의 고유한 해부학적 구조에 따라 세부적인 형태와 기능은 서로 다르게 진화했다고 보시면 됩니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 임형준 수의사입니다.
상어와 돌고래의 유선형 몸은 수렴진화의 대표적인 예입니다. 두 생물은 조상은 다르지만 물속에서 빠르게 이동해야 하는 같은 환경 압력을 받습니다. 유선형 몸은 물의 저항을 줄여 먹이를 잡고 포식자를 피하는데 유리했기 때문에 자연선택을 통해 각각 독립적으로 발달했습니다. 즉, 비슷한 생존문제에 대한 해결책이 비슷한 형태로 나타난 결과입니다.
가장 큰 이유는 수중 환경의 물리적인 특성 때문입니다.
물은 공기보다 밀도가 800배나 높아 이동을 할 때 엄청난 저항을 받습니다.
그래서 저항을 줄이고 에너지를 아끼기 위해 앞뒤가 얇고 중간이 두꺼운 유선형 체형이 된 것입니다.
또 더 빠르게 헤엄쳐 먹이를 잡고 포식자를 피하는 개체가 생존에 유리했기에 고속 수영 중 균형을 잡기 위해 등지느러미와 가슴지느러미가 각각 독립적으로 진화했습니다.
그리고 위는 어둡고 아래는 밝은 색상 역시 수중 위장에 최적화된 공통 적응 결과입니다.
다만, 외형은 비슷하지만, 돌고래는 지상 포유류 조상의 척추 구조 때문에 꼬리를 상하로 움직이고 상어는 좌우로 움직이는 차이가 있습니다.
결국 두 생물의 유사성은 물이라는 환경에서 가장 효율적인 구조로 자연선택이 작용한 수렴진화의 대표적 사례로 볼 수 있습니다.
서로 다른 계통의 생물이 비슷한 유선형 몸체를 갖게 된 것은 수중이라는 밀도 높고 저항이 큰 액체 환경에서 빠르게 이동하며 먹이를 포획해야 하는 강력한 생존 압력과 물리적 한계에 의한 자연선택의 결과입니다. 물속에서 이동할 때 발생하는 마찰 저항과 와류를 최소화하는 유선형 형태가 수중 포식자로서의 에너지를 절약하고 수영 속도를 극대화하는 데 가장 유리한 형질이었기 때문입니다. 이에 따라 어류인 상어와 포유류인 돌고래는 유전적 근연관계가 멀음에도 불구하고, 수중 환경에서 생존 및 번식 확률을 높여주는 유선형 체형을 가진 개체들이 선택적으로 살아남아 형질을 지속적으로 형질을 누적 발전시켰습니다. 결국 유선형 몸체는 물리 법칙이 지배하는 동일한 수중 환경에 적응하는 과정에서 두 생물군이 독립적으로 도달한 가장 효율적인 구조적 최적화 형태입니다.
안녕하세요, 바나나를좋아하는원숭이님. 이중철 전문가입니다.
먼저, 상어와 돌고래처럼 완전히 다른 계통의 생물이 유사한 유선형 몸체를 갖게 된 것은 물이라는 밀도 높고 저항이 큰 수중 환경에서 빠르게 헤엄치기 위한 강력한 생존 압력과 자연선택이 작용했기 때문인데요. 이 현상을 생물학에서는 수렴진화라고 부르며, 서로 다른 조상에서 출발했더라도 물리 법칙이 지배하는 동일한 수중 환경에 적응하는 과정에서 유체역학적으로 가장 효율적인 형태인 유선형 구조로 수렴하게 된 결과랍니다.
■ 수중 환경의 물리적 특성과 유체역학적 저항
물속에서 빠르게 이동해야 하는 생물이 직면하는 가장 큰 환경적 요인은 공기보다 밀도가 훨씬 높은 물의 유체 저항이에요. 물은 공기보다 밀도가 약 800배 높고 점성도 훨씬 크기 때문에, 물속에서 물체를 이동시킬 때는 막대한 에너지 소모와 마찰 저항이 발생합니다. 물체가 이동할 때 몸 뒤쪽에서 발생하는 와류(물돌이 현상)와 압력 차이는 이동 속도를 늦추는 주원인이 되는데요. 상어의 연골어류 조상과 돌고래의 육상 포유류 조상은 각각 다르고 독립된 계통이었지만, 모두 물속에서 살아남고 먹이를 낚아채기 위해 유체 저항을 최소화해야 한다는 동일한 물리적 난제에 직면했답니다.
■ 유선형 몸체 형성을 이끈 자연선택과 적응 과정
수중 환경에서 유체 저항을 줄이고 에너지 효율을 높이는 데 가장 완벽한 형태는 앞부분이 완만하고 중간이 약간 두꺼우며 끝으로 갈수록 가늘어지는 유선형 구조인데요. 무작위적인 돌연변이 과정 중에서 몸의 형태가 조금이라도 각지거나 저항을 많이 받는 개체들은 빠르게 헤엄치지 못해 먹이 포획율이 떨어지고 포식자에게 잡혀 먹힐 확률이 높았습니다. 반면에, 유체역학적으로 저항을 적게 받는 유선형에 가까운 변이를 가진 개체들은 적은 에너지로도 훨씬 더 빠르고 효율적으로 헤엄칠 수 있었지요. 이들이 자연선택을 통해 생존 확률과 번식 성공률을 높여가면서, 수천만 년에 걸쳐 유선형 몸체라는 특성이 집단 전체에 정착하게 되었던 것이랍니다.
■ 등지느러미와 지느러미 형태의 상호 수렴
유선형 몸체 외에도 추진력과 균형을 잡기 위해 지느러미 구조가 독립적으로 진화한 점 역시 자연선택의 대표적인 사례인데요. 어류인 상어는 지느러미가 원래 어류 골격에서 유래했지만, 육상 포유류 출신인 돌고래의 앞지느러미는 과거 육지를 걷던 네 발 동물의 앞다리 뼈가 변화된 것입니다. 또한 물속에서 빠르게 유영할 때 몸이 좌우로 흔들리거나 뒤집히는 것을 막기 위해 상어와 돌고래 모두 상부 중앙에 등지느러미를 발달시켰습니다. 발생학적 근원과 골격 구조는 서로 완전히 다르지만, 수중 균형 유지와 속도 유지를 위한 기능적 요구가 자연선택을 통해 동일한 외형적 형태로 나타난 것이지요.
정리하자면,
상어와 돌고래가 유사한 유선형 몸체를 갖게 된 이유는 물의 높은 밀도와 저항이라는 동일한 수중 환경적 요인 속에서, 유체 저항을 최소화하고 에너지 효율을 극대화하여 빠르게 헤엄칠 수 있는 개체들이 자연선택을 통해 생존하고 번성한 수렴진화의 결과랍니다.
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