Chapter 14 생물다양성은어떻게진화하나 PowerPoint Lectures for Campbell Essential Biology with Physiology, Third Edition Eric Simon, Jane Reece, and Jean Dickey
우리와함께하는생물학 : 여섯번째대량멸종 지난 6 억년동안화석기록은살아있던생물종의 50~90% 정도가갑자기죽어멸종된그러한기간이 5 번이나있었음을보여주고있음 지난 400 년이상에걸쳐현재의멸종율은우리가여섯번째의대량멸종기에살고있으며, 이에대한원인이되고있음을가리키고있음 [ 그림 14.0] 대량멸종은 새롭고다양한종의진화를위한길을마련하는데 지구가회복하는데는수백만년이걸린다
그림 14.0 멸종위기종르완다에서찍은이들산고릴라는멸종위기에있는많은종가운데하나이다.
대진화와생명의다양성 대진화는 통상화석기록으로증명될수있는생물학적변화를포함하며 신종의형성을포함한다 종분화는 대진화의초점이며 두비교패턴을바탕으로일어날수있다 비분지진화에서 [ 그림 14.1] 개체군은변형되나 신종을만들지는않는다 갈라파고스섬개관 (Video: Galápagos Islands Overview)
그림 14.1 진화의두패턴 비분지진화 ( 새로운종이안생김 ) 진화의패턴 분지진화 ( 종분화가일어남 )
분지진화에서 하나또는그이상의신종이부모종으로부터분지되는데 많이동일한형태로계속존재할수도있고 상당히변화될수도있다
종의기원 종은 종류 또는 모습 이라는뜻을지닌라틴어에서유래되었다 14.1 종이란무엇인가? 생물학적종개념 (biological species concept) 은 자연상태에서서로교배가능하여생식가능한자손을만들수있는한무리의개체군 을종으로정의한다 생물학적종개념을모든경우에적용가능할수있는것은아닌데, 예를들면 화석이나 무성적으로생식하는생물의경우가그러하다
생물학적종개념은물리적인유사성보다생식적화합성에바탕을두고있다. 다른종사이의유사성 한종내에서다양성
14.2 종사이의생식적장벽 생식적장벽 (reproductive barrier) 은근연종개체가교배하는것을막는어떤것을말하는데, 여러종류의생식적장벽이있음 수정전장벽 (prezygotic barrier) 은종사이의짝짓기나수정을못하게막는것을말함 [ 그림 14.2] 수정전장벽에는 시간적격리, 서식지격리, 행동적격리, 기계적격리, 배우자격리를포함하고있다 알바트로스의구애의식 (Video: Albatross Courtship Ritual) 청색발부비의구애의식 (Video: Blue-footed Boobies Courtship Ritual) 기린의구애의식 (Video: Giraffe Courtship Ritual)
그림 14.3 근연종간의생식적장벽 다른종의개체들 수정전장벽시간적격리서식지격리행동적격리교배시도기계적격리배우자격리 수정 ( 접합자형성 ) 잡종치사 수정후장벽 잡종불임 잡종약세 생존과생식이가능한자손
그림 14.2 수정전장벽 수정전장벽 시간적격리 서식지격리 행동적격리 기계적격리 배우자격리
수정후장벽 (postzygotic barrier) 은 [ 그림 14.3] 종간짝짓기가실제로일어나고 잡종접합자가만들어질때작용한다 수정후장벽에는 잡종치사 잡종불임 잡종약세가포함되어있다
그림 14.3 수정후장벽 잡종치사 수정후장벽 잡종불임 잡종약세 말 당나귀 노새
14.3 종분화의메커니즘 많은종의기원에서중요한사건은한개체군이이리저리해서부모종의개체군에서분리되어떨어져나올때일어남 종은 [ 그림 14.4] 지리적격리때문에일어나는이지역성종분화 (allopatric speciation) 와 지리적격리없이일어나는동지역성종분화 (sympatricspeciation) 에의해만들어질수있다
그림 14.4 종분화의두가지양식 이지역성종분화 동지역성종분화
그랜드캐니언계곡양쪽에사는다람쥐의이지역성종분화 해리스영양다람쥐 흰꼬리영양다람쥐
이지역성종분화 지질학적과정은 한개체군을둘이상의격리된개체군으로분할할수있으며 이지역성종분화에기여할수있다 종분화는격리된개체군과그부모개체군사이의생식적장벽의진화로만일어날수있음 흘러내리는용암 (Video: Lava Flow) 화산분화 (Video: Volcanic Eruption) 그랜드캐니언 (Video: Grand Canyon)
지리적격리동안종분화가일어나는가? 개체군이이지역화된다 개체군이동지역화된다 개체군들이상호교배한다 유전자풀이합쳐진다 : 종분화가안일어남 지리적장벽 개체군들이상호교배를할수없다 생식적격리 : 종분화가일어남 시간
동지역성종분화 동지역성종분화는 새로운종과오래된종이같은시기와같은장소에살고있더라도 유전적변화가새로운종과오래된종사이에생식적장벽을만들게되면일어나게된다 배수체는 세포분열과정에서사고로인해생겨날수있으며 두부모종의잡종으로생겨날수있다 많은재배작물이동지역성종분화의결과로생긴것인데, 여기에는 귀리, 감자, 바나나, 땅콩, 사과, 커피, 밀등이있다
14.4 종분화의속도는? 진화의속도에대해비교되는두유형이있는데, 이들은 [ 그림 14.5] 큰변화 ( 종분화 ) 가많은작은변화에의해일어난다는점진모델 (gradual model) 과 거의변화가없는긴기간, 즉평형상태가갑작스런종분화의사건에의해중단되는단속평형모델 (punctuated equilibrium model) 이다
그림 14.5 진화의속도에대한두모델 단속모델 시간 점진모델
생물학적신형의진화 생물학적신형의진화를어떻게설명할수있을까? 14.5 새로운기능에대한구형구조의적응 조류는 땅에살던파충류의한계통에서유래하는데 날지못하는조상종으로부터하늘을날아다닐수있는동물로진화하였다 굴절적응은 하나의배경에서진화한구조가다른기능에적응하게된것을말하며 진화적개조의한유형이다 굴절적응은점진적인신형구조의진화를설명할수있게해줌
멸종된새 날개발톱 ( 파충류와유사 ) 이빨 ( 파충류와유사 ) 깃털 많은척추를갖는긴꼬리 ( 파충류와유사 ) 화석 그림으로재구성
새의날개는이전에비행이아닌다른기능에적응하였던앞발이변형된것인데, 이들다른기능이라함은 온도조절 구애의표현 위장등을말한다 최초의비행은먹이를구하거나포식자로부터도망을가기위한활주나넓은뜀뛰기정도의수준이었을수있음
14.6 이보드보 : 발생과진화적신형 종의발생계획에서의미묘한변화가심대한영향을줄수있는데, 그변화는발생에서의 속도와 시기와 공간적패턴이변화되는것을말한다 이보드보 (evo-devo), 즉진화발생생물학은다세포생물에서발생과정의진화에대해연구하는분야임
유형진화 (paedomorphosis) 는 이것은조상종에서는오직유아기에만있었던특성이지금은성체에서도그대로유지되는것을말하는것인데 악솔로틀도롱뇽 [ 그림 14.6] 과사람 [ 그림 14.7] 의진화에서일어난다 호메오유전자는 구조가언제발생될지 구조가어떻게발생될지 구조가어디서발생될지를조절하는총괄조절유전자이다 호메오유전자에일어난돌연변이는체형에심대한영향을주게됨 상대성장 (Animation: Allometric Growth)
그림 14.6 유형진화 아가미
그림 14.7 인간과침팬지의두개골발달의비교 침팬지태아 어른침팬지 인간태아 성인 ( 유형적특성 )