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종(Species)“실제로 또는 잠재적으로 교배 가능한 자연 개체군으로, 다른 개체군과 생식적으로 고립되어 있는 집단“ -에른스트 마이어-생물학에서 가장 오래되고 기본적인 질문 중 하나가 무엇이냐 묻는다면 바로 “종(species)이란 무엇인가?”라는 물음을 꼽을 수 있는데전통적으로 종은 서로 교배하여 생식 가능한 자손을 남길 수 있는 개체군으로 정의되어 왔으나실제 자연계에서는 이 기준이 항상 성립하지는 않았음진화 과정에서 다양한 생물들은 자신에게 유리한 방식으로 번식 전략을 변형시켜 왔고그 결과 교배가 불가능한 종 사이에서 잡종이 태어나거나 무성생식·기생 생식·유전자 수평이동 등 기존 종 개념을 흔드는 사례들이다수 보고되어 오면서 여전히 종에 대한 개념은 명확히 제시되어 오지 못했음그런데 지난 3일, Nature지에 이러한 논의를 다시금 뒤흔드는 충격적인 내용의 한 논문이 개제되었음논문의 제목은 “One mother for two species via obligate cross-species cloning in ants”제목에서 알 수 있듯이 개미에 관해 연구한 논문으로개미는 알다시피 벌,흰개미 더불어 복잡한 노동 분업을 갖춘 집단 생활을 하고동물계에서 가장 유전적으로 복잡한 번식 방식을 보여주는 사회성 곤충 중 하나임이 논문에서는 이런 개미 중 한 종류인 이베리아 수확개미(M. ibericus) 에 대해 다루고 있음이베리아수확개미는 Myrmicinae아과에 속하는 수확개미의 한 종으로주로 이베리아 반도를 포함한 유럽 전역에서 발견되며 관목이나 초원같은 지역에서 다양한 식물의 씨앗을 먹으며 살아가는 개미임(M. ibericus 일개미)보기에는 그냥 평범한 개미 중 하나 같지만 이녀석들의 번식방법은그야말로 생물이 생존을 위해 어느정도까지 극단적으로 방향으로 진화할 수 있는지를 잘 보여주고 있음논문의 내용을 설명하기 전에 앞서 먼저 개미의 성결정 매커니즘을 먼저 이해할 필요가 있는데대부분의 개미는 전형적인 반수이배체(haplodiploidy) 유전을 따르고 있음반수이배체 유전이란 쉽게 말해 수정되지 않은 난자,즉 무정란(1n,반수체)에서는 수컷이 태어나고수정란(2n,이배체)에서는 암컷(여왕,일개미)가 태어나는 시스템임이 반수체 유전에 대해 갈로아님이 쉽게 설명하신 만화가 있길래 한번 가져와봄만화에서 나오듯이 여왕개미와 일개미,일개미와 일개미간의 유전자 일치율은 무려 75%나 되는데이는 사람의 형제-자매,부모-자식간의 유전적 일치율인 50%보다 훨씬 높은 수치이러한 매커니즘 때문에 일개미의 관점에서는 본인의 자손(유전자 일치율 50%)을 낳는 것 보다여왕개미가 자신의 자매(유전자 일치율 75%)를 낳도록 돕는 것이 본인의 유전자를 더 효율적이고 널리 퍼뜨릴 수 있는 방법이 되고,이는 개미가 사회성 곤충으로 발달하게 되는데 중요한 원인이 되었을 것이라고 추정하고 있음하지만 생물에서 당연한 것은 없듯이,모든 개미가 이 같은 성결정 매커니즘을 따르는 건 아닌데일부 종의 개미들은 모종의 이유로 자신의 종의 정자로는 일개미를 만들 수 없고, 오직 여왕개미와 수개미만 생산할 수 있음이러한 개미들은 이를 해결하기 위해 다른 종의 수개미와 교미하여 잡종 일개미를 생산하는정자기생(sperm parasitism)이라는 전략을 사용함.이런 정자기생으로 태어나는 잡종 일개미와 여왕개미는 당연히 불임이지만여왕개미는 태어나자 마자 군체 내에서 제거되고일개미는 특성상 자손을 낳을 일이 없기 때문에 불임이 아무런 단점이 되지 않으며오히려 유전적 다양성의 증가로 인해 전염병이나 기생충에 적응력을 갖는 등의 이점만을 누릴 수 있게 되는 거임 M.ibericus(좌)와 M. structor(우)이 논문에서 다루고 있는 이베리아수확개미 또한 혼자서는 일개미를 생산하지 못하기 때문에스트럭터수확개미(M. structor) 수개미의 정자를 받아서 잡종 일개미를 생산하는정자기생을 하면서 살아가는 개미 중 한 종류라는 사실이 밝혀졌는데이런 생활방식은 분명 신기하긴 하지만 개미에게선 엄청 드문 현상도 아니고학계에서 예전부터 보고가 되어왔던 만큼 크게 놀랄만한 발견은 아니였음하지만 문제는 이 이베리아수확개미가 분포하고 있는 지역이였음사진의 파란색 부분은 이베리아수확개미, 빨간색 부분은 스트럭터수확개미의 분포지역을 나타내고빨강,파랑이 합쳐진 원은 두 개미간의 잡종 일개미가 발견된 군체를 의미함이베리아수확개미와 스트럭터수확개미의 분포가 겹친 지역 인근에서는 당연하게도 잡종 일개미가 많이 발견되지만문제는 스트럭터수확개미가 전혀 분포하고 있지 않은 지역, 심지어는 육지와 단절된 섬이나가장 가까운 스트럭터수확개미 군체에서 1000 km 이상 떨어진 이탈리아 시칠리아섬에서조차 두 개미간의 잡종 일개미가 발견된 것이였음이런 발견을 믿을 수 없었던 연구자들은 곧바로 이베리아수확개미의 둥지에서 수개미를 채집하여 유전체 분석을 하였는데 놀랍게도 이 수개미의 핵 DNA는 스트럭터수확개미의 것이였지만 미토콘드리아 DNA는 이베리아수확개미의 것이였음대부분의 진핵생물에서 미토콘드리아는 어머니로부터 유전되는 모계유전이기 때문에이는 곧 스트럭터수확개미가 이베리아수확개미 여왕이 낳은 알에서 태어났단 사실을 의미하는 것이외에도 연구진들은 2년간의 관찰을 통하여 이베리아수확개미 둥지의 알에서 스트럭터수확개미가 부화하는 장면을 직접 목격하는 등이베리아수확개미가 스트럭터수확개미를 낳는다는 확실한 증거를 다수 확보하였음이 두 종의 개미는 겉보기에는 서로 비슷해 보이지만 유전적으로는 약 500만년전에 공통조상으로부터 분리된서로 완전히 다른 종이기 때문에 이같은 결과는 과학자들한테 큰 충격으로 다가올 수 밖에 없었음참고로 사람과 침팬지가 분리된 시기는 약 400~600만년전이라고 하니 저 두 종의 개미가 서로 얼마만큼 차이가 나는지 체감이 가능하다어떻게 이같은 일이 가능한 것인지 연구한 결과,이베리아수확개미의 여왕은 다른 개미들처럼 스트럭터개미 수컷과 교미한 후 정자를 저장해서 사용하지만스트럭터개미의 정자가 자신의 난자로 들어올 때 어느 시점에서 난자에서 자신의 핵을 소멸시켜 유전정보를 지우고수정이 일어나지 않도록 함으로서 무정란에서 수개미를 복제해낸다는 사실이 밝혀졌음잘 이해가 안갈수도 있으니 그림으로 설명하면 대충 이런식이라고 생각하면 된다즉 이베리아수확개미 여왕은 잡종 일개미,이베리아수확개미 여왕과 수컷,스트럭터수확개미 수컷까지 총 4종류그리고 서로 다른 두 종의 개미를 낳을 수 있는 셈그림을 보면 알겠지만 이렇게 태어난 스트럭터수개미는 아버지 수개미와 DNA가 일치하기 때문에 사실상의 클론이라고 볼 수 있으며이베리아수확개미는 오래전 어느시점에서 일개미를 만드는 능력을 잃어버려 종 전체가 멸종할 위기에 처했지만이런 방식으로 스트럭터수확개미의 클론을 둥지 내에 복제하고 사실상의 가축화를 통해 정자를 지속적으로 공급받음으로써종이 멸종하는 것을 막고 스트럭터수확개미가 전혀 분포하지 않는 지역에서도 군체를 유지할 수 있었던 것임이렇게 복제된 수개미들은 언뜻 보기엔 같은 종의 암컷과 교미하지 못하고둥지에 갇혀서 자신과 전혀 다른 종의 암컷에게 정자를 제공해야 되는 노예와 같아 보이지만실제로는 두 종이 서로 공생 관계일 가능성이 높다고 함이베리아수확개미의 입장에서는 스트럭터개미와 교미한 후 저장한 정자로 수천~수만 마리의 일개미를 생산해야 하기 때문에언젠가 정자가 고갈되는 것을 대비해서 스트럭터수개미를 자체적으로 복제하여 정자 공급원을 확보하거나새로운 여왕을 위한 수컷을 제공받아 군체를 확장해 나갈 수 있으며스트럭터수확개미의 입장에서는 복제된 수컷이 여러 지역으로 확산되면서스트럭터수확개미가 살지 못하는 지역까지 유전자를 퍼트릴 수 있다는 이점이 존재한다고 함이렇듯 이베리아수확개미들은 개미가 사용할 수 있는 모든 번식전략의 도구들을 완벽하게 활용하여굉장히 성공적으로 진화한것처럼 보이는데 ,다만 이렇게 복제한 스트럭터수확개미 수컷은 모두 클론 형태로만 존재하기 때문에 시간이 지날수록 유전적 변이가 축적될 위험이 있으며이를 막지 못하면 이러한 번식전략이 과연 장기적으로도 유지될 수 있을지는 불확실하다고 함연구진들은 이 개미를 서로 다른 두 종을 동시에 전파하는 유일한 생물이라고 언급하며 이를 보고 마치“한 종이 다른 종을 주머니에 넣고 유럽 전역을 데리고 다니는 것 같다”라고 표현하며이런 번식전략에 대해 이종 출산(xenoparity)이라는 새로운 용어를 제안하였음물리학이나 수학과 같은 다른 학문들과는 달리 생물학은 어디에나 통용되는 명확한 보편 법칙을 발견했다 싶으면어김없이 튀어나오는 예외사항들 때문에 “예외의 과학”이라는 별명이 붙을 정도로 가변적이고 우연하며 복잡성을 띄고 있다는 특성을 가지고 있음이는 생물이 오랜 진화를 거치며 생존에 각자에게 유리한 방식으로 다양하게 적응하였기 때문에동일한 원리나 규칙이 항상 모든 종에 적용되지 않기 때문임당장 현대생물학에서 가장 중요한 개념이자 “절대적 진리(Dogma)“라는 이름이 붙은 센트럴 도그마조차도 예외사항이 존재하는 판국이며이외에도 멘델의 유전 법칙이나 코돈 암호체계, 미토콘드리아의 모계유전 등등그동안 보편법칙이라고 믿었던 사실들이 시간이 지나고 다양한 생물들이 발견되면서 예외 사례들이 속속히 등장하며 깨지고 말았는데결국 또 한번 이번 발견으로 인해서 “한 생물 종은 자신의 종만을 재생산한다”라는 너무나도 당연하고 절대로 깨지지 않을 것 같았던 법칙 또한예외 사항이 등장하며 무너져내리고 말았으며 개체(individual)나 종(species) 같은 단어는 결국 인간이 인위적으로 만들어낸 개념일 뿐,자연은 그렇지 않다는 사실을 보여주면서 “종이란 무엇인가?“라는 물음을 다시금 우리에게 던지고 있음논문 내용이 조금 복잡하기도 하고 본인 필력도 상당히 구리기 때문에 내용이 잘 이해가 안간다면 그건 너가 정상임......졸면서 작성한거라 내가 잘못 이해하거나 잘못된 내용이 있을수도 있는데 오픈 액세스 논문이니까 만약 관심이 가면 그냥 긁어다가 gpt한테 설명해달라고 하자
작성자 : ㅇㅇ고정닉
