하버드 "날지 못하는 새들의 유전적 특징 규명"
하버드 "날지 못하는 새들의 유전적 특징 규명"
  • 강지희
  • 승인 2019.05.25 22:25
  • 조회수 1686
  • 댓글 0
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타조. 출처: pixabay
타조는 날 수 없는 새다. 출처: pixabay

새(Bird)라고 하면 하늘을 나는 이미지를 떠오를 수 있습니다. 하지만 날지 못하는 새도 있습니다. 타조, 펭귄, 키위 등이 있죠. 과학자들은 진화론의 선구자 찰스 다윈이 살던 시대 이래로 날지 못하는 새들이 어떻게 연관이 됐는지 연구해왔습니다. 수십 년 동안 과학자들은 날지 못하는 새들이 기초적인 생활을 하기 위해 공통 조상들이 하늘을 나는 것을 포기했다는 가정 하에 연구를 했죠. 

 

2000년대 초까지 유전학을 이용한 새로운 연구는 과학자들의 가정을 지적했습니다. 날 수 없는 새들은 긴 역사를 통해 여러 번 진화했다고 말이죠. 하지만 날 수 없는 새들이 각각의 독립적인 조류 혈통에서 유사하거나 다른 유전적인 변화가 있었는지는 여전히 수수께끼였습니다.

새를 연구하고 있는 연구진. 출처 Harvard University
새를 연구하고 있는 연구진. 출처: Harvard University

하버드대학교 연구진은 멸종한 종들을 포함해 수십 종의 날 수 없는 새들의 유전적 정보를 분석했습니다. 연구진은 날 수 없는 새들에게서 유전적으로 공통적인 특징을 발견했다고 합니다.

 

날 수 없는 새, 유전자로 확인하다

 

하버드대학교의 생물학 및 진화생물학 교수 Scott Edwards와 Tim Sackton의 연구진은 멸종한 종들을 포함해 날 수 없는 새들의 형태를 분석했습니다. 분석한 결과 날 수 없는 새들은 공통적인 특징이 있다고 합니다. "진화생물학에는 '수렴진화'라는 역사가 오래된 이론이 있다" Sackton이 말했습니다.

수렴진화의 대표적인 예시, 상어와 돌고래. 출처: pixabay
수렴진화의 대표적인 예시, 상어와 돌고래. 출처: pixabay

수렴진화란 진화생물학의 개념으로 계통이 다른 생물이 비슷한 자연환경에 적응하기 위해 비슷하게 진화하는 현상을 말합니다. 대표적인 예시로는 상어와 돌고래가 있는데요. 상어는 어류고 돌고래는 포유류지만 둘 다 물의 저항을 줄이기 위해 유선형의 몸통을 갖고 있습니다. 

 

"이 새들은 공통적으로 날개와 유사한 앞다리가 다른 각도로 축소되었으며 가슴뼈에서 비행 근육을 고정시키는 '용골'이 소실됐다" Sackton이 말했습니다. Sackton은 "이 공통점은 모든 종에 걸쳐 이와 유사한 신체 변화를 초래한 수렴 진화의 결과물들의 집합"이라고 말했습니다.

전사와 번역 과정. 출처: Wikimedia Commons
전사와 번역 과정. 출처: Wikimedia Commons

Sackton의 연구진은 좀 더 알아보기 위해 새들의 게놈을 분석했습니다. DNA와 같은 게놈은 전사와 번역 같은 코딩(Coding) 과정을 거쳐서 단백질을 만드는데요. "우리는 단백질을 코딩하는 게놈 부분뿐만 아니라 그러한 단백질이 발현 될 때 조절하는 게놈 부분을 비교하기를 원했다"라고 Sackton은 말했습니다. 연구진은 30여종의 날 수 있는 새와 날 수 없는 새들의 게놈을 정렬한 다음 유전자 배열에서 비교적 적은 차이를 보이는 부위를 식별했습니다.

 

실험 결과 연구진은 날 수 없는 새들은 단백질을 코딩하는 유전자에서 공통적인 특징을 거의 발견할 수 없었습니다. 그런데 단백질 발현을 조절하는 유전자 영역이 존재하기 때문에 표현형이 진화를 할 때마다 반복적으로 표적이 되는 발달 경로가 공유돼 있다는 점을 발견했다고 합니다. 연구진은 이런 조절 영역이 비행 손실과 함께 체형 조절에도 핵심적인 역할을 하는 것으로 보였다고 합니다. 

 

연구진은 알아보기 위해 새들의 게놈의 특정 영역에 녹색 형광 단백질을 생성하는 유전자를 표지하여 영역의 변화를 관찰했습니다. 그 결과 날 수 없는 새들의 유전자 영역이 꺼져 형광 단백질이 생성되지 않았다고 합니다. 

인핸서가 작동하는 과정. 출처: Wikimedia Commons
인핸서가 작동하는 과정. 출처: Wikimedia Commons

Sacton은 "사지가 발생하고 자라려면 많은 과정이 필요하다"고 말했습니다. "만약 인핸서(Enhancer) 부위를 녹아웃(knock-out)시킨다면 전사과정에서 단백질이 발현되기 어려워진다. 그 결과 특정 부위의 발생이 지연된다. 날 수 없는 새들은 특정 유전자 영역을 소실해 인핸서가 작용하지 못하는 것 같다" 여기서 인핸서는 진핵생물이 DNA에서 RNA를 만드는 과정인 전사를 할 때 반드시 필요한 전사 촉진 인자가 결합할 수 있는 부위를 말합니다.

 

Sacton과 Edwards는 유전자의 특정 영역과 인핸서의 소실이 날 수 있는 기능의 소실로 이어졌으며 새들은 비행으로 추적할 수 있는 선택지의 폭이 좁아져 날 수 없는 새의 여러 종들이 수렴진화를 이루었을 것이라는 결론을 내렸습니다.

 

##참고자료##

 

  • 이한음 <호모 엑스페르투스>
  • 강신성 <생물과학>
  • 박상대 <분자세포생물학>
  • 배미정, 오현선, 나광석 <내 옆의 선생님 완자 - 생명과학II>


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