10만년째 짝이 없어도 문제없다? 아마존 몰리의 놀라운 비밀 [와우! 과학]

[서울신문 나우뉴스]

아마존 몰리. Fishes of Texas team / iNaturalist

짚신도 짝이 있다는 이야기가 있다. 누구나 자기 배필이 있다는 이 속담은 유성생식을 하는 대부분의 척추동물에게 생존과 직결된 중요한 의미를 담고 있다. 짝을 만나지 못하면 번식이 불가능하기 때문이다. 하지만 생태계에는 예외적으로 본래 유성생식을 하던 종임에도 짝을 구할 수 없는 극한 상황에서 암컷 혼자 새끼를 낳는 동물들이 있다. 이를 ‘처녀 생식’이라 하는데, 일시적으로 개체 수를 늘려 멸종을 막고 훗날 다시 짝을 만날 기회를 도모하기 위한 비상수단이다.

유성생식을 하는 생물에게 짝짓기가 필수적인 핵심 이유는 유전적 다양성 확보와 결함 복구에 있다. 해로운 돌연변이가 발생하더라도 두 개체의 유전자를 섞는 과정에서 불리한 돌연변이가 누적되는 것을 억제할 수 있기 때문이다. 유전자 세트가 두 개면 하나가 고장 나더라도 다른 정상 유전자로 기능을 유지할 수 있고, 결과적으로 유전자가 온전한 후손을 남길 확률이 높아진다.

반면 암컷 혼자 번식하며 유전자를 복제하는 고립된 집단은 후손으로 갈수록 해로운 돌연변이가 불가역적으로 누적된다. 이를 ‘뮬러의 톱니바퀴(Muller’s Ratchet)’라 하는데, 이로 인해 무성생식 집단은 대개 1만 년 정도면 유전적 결함으로 인해 멸종의 길을 걷는 것이 일반적이다.

하지만 자연에는 이러한 진화적 법칙을 거스르는 일부 극소수 예외가 존재한다. 뮌헨 대학교(LMU)의 에드워드 라이스마이어(Edward Ricemeyer) 박사팀은 이런 예외에 속하는 아마존 몰리(Amazon molly, Poecilia formosa)를 연구해 그 내용을 저널 네이처에 발표했다.

멕시코와 텍사스의 따뜻한 민물에 서식하는 이 작은 물고기는 놀랍게도 모든 개체가 암컷으로만 구성되어 있다. 유전적으로는 모두 쌍둥이 자매와 다름없는 이들은 과거 유성생식 종인 포에실리아 멕시카나(암컷)와 포에실리아 라티피나(수컷) 사이의 단일 교배를 통해 탄생한 것으로 추정된다. 아마존 몰리는 배아 발달을 위해 근연종 수컷의 정자와 접촉해야 하지만, 수컷의 DNA는 난자와 융합되지 않고 단지 발달을 자극하는 역할만 수행한다. 즉, 이들은 유성생식의 흔적을 간직한 채 10만 년이라는 긴 세월 동안 처녀 생식만으로 종을 유지해온 것이다.

연구팀은 아마존 몰리가 어떻게 10만 년 동안이나 멸종을 피할 수 있었는지 밝히기 위해 부모 종과 아마존 몰리의 전체 염색체 게놈을 정밀 분석했다. 그 결과, 아마존 몰리는 유성생식을 하는 조상보다 오히려 더 빠른 속도로 돌연변이가 발생하고 있음에도 불구하고 유해한 돌연변이가 축적되지 않았다는 사실이 드러났다. 그 비밀은 바로 ‘유전자 변환(Gene conversion)’ 메커니즘에 있었다. 유전자 변환은 일종의 DNA 복사 및 붙여넣기 수리 기능으로, 한쪽 염색체에 유해한 돌연변이가 생기면 다른 쪽 염색체의 건강한 버전을 복사해 해당 부위를 교체하는 방식이다.

이러한 유전자 변환 기능은 다른 생물들에게도 존재하지만, 아마존 몰리는 이 능력을 극한으로 끌어올려 무성생식의 치명적 결함을 극복했다. 연구에 따르면 아마존 몰리가 새로운 돌연변이를 원래의 건강한 상태로 되돌릴 확률은 해당 돌연변이를 확산시킬 확률보다 훨씬 높았다. 이러한 압도적인 유전자 수리 효율 덕분에 이들은 유전적 쇠퇴 없이 10만 년째 번성할 수 있었던 것이다.

물론 이러한 재주에도 불구하고 무성생식의 근본적인 취약성은 여전히 남는다. 모든 개체가 유전적으로 동일하기 때문에 치명적인 전염병이 유행하거나 급격한 환경 변화가 닥칠 경우 집단 전체가 한꺼번에 무너질 위험이 크다. 복잡한 고등 생물일수록 많은 비용을 감수하면서까지 유성생식을 고수하는 데는 그만한 진화적 이유가 있다. 한동안은 멸종을 피할 수 있을지 몰라도 아마존 몰리 역시 장기적으로 보면 멸종 위험도가 다른 종보다 높아 결국 자연계에서 사라질 가능성이 높다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com