진화론
 

1) 용불용설

높은 곳에 있는 나뭇잎을 따먹는 기린
 

   예를 들어, 기린은 처음에는 현재처럼 목이 길지 않았지만, 좀더 높은 곳에 있는 잎을 먹기 위해 노력하는 내부의 생명력으로 점차 목이 길어지고, 이와 같이 획득된 형질은 다음 자손에게 전달된다는 것이 그의 이론이었다. 그가 말하고자 하는 핵심은 자주 사용하는 기관은 점차 발달하고 안 쓰는 기관은 점차 퇴화한다는 용불용설(Law of Use and Disuse)의 개념과 일단 획득된 형질은 자손에게 유전되는 것이다.
 

2) 자연선택

 가축의 품종 개량 방법에 대해서 알고 있는가? 일반적으로 사육자는 임의로 형질이 우수한 특정 개체만을 골라 교배시켜 가면서 품종을 개량한다. 이것은 사육자가 의도적으로 가축의 자손 번식에 끼어 드는 것이라 할 수 있다. 이와 같은 과정을 가리켜 인위 선택(Artificial Selection)이라고 한다.

인위 선택에 의해 만들어진 다양한 품종의 개
 

    그런데 자연에서는 어떠한가? 자연에서도 그러한 선택자가 존재할까? 만약 자연에서 선택자가 없다면, 열등한 개체들도 우수한 개체와 마찬가지로 자유로이 번식할 수 있을 것이며, 생물은 어떤 변화를 가져올 수는 없을 것이다.
    그러나 맬서스(Thomas Malthus)의 저서 "인구론"을 보면, "모든 종은 대단한 생식력을 갖고 있어서, 기아나 병에 의해 억제되지 않는 한 그 수가 기하급수적으로 증가하는 경향이 있다. 그러나 자연의 실제에서는 태어난 개체가 모두 생존하지는 못하고 소수의 개체만이 생존하므로, 개체 수는 기하급수적으로 증가하지 않고 평형 상태에 이른다."라는 말이 있다. 다윈은 이를 바탕으로 하여 "환경(자연)은 개체들 중에서 환경에 적합하고 우수한 개체를 선택하여 번식이 가능하게 하고, 열등한 개체들은 도태시킨다."는 가설을 내세웠다. 이 가설이 바로 다윈이 주장한 진화론의 핵심인 자연 선택이다.

    다윈의 진화론에 의하면, 모든 생물의 진화는 자연 선택에 의해서 이루어지고, 자연 선택은 다음과 같은 네 가지 가정을 바탕으로 하고 있다.

    다윈은 "종의 기원"에서 다음과 같이 자연 선택을 설명하고 있다.

    생존 경쟁은 변이에 대해 어떻게 작용하는 것일까? 인위 선택의 원리가 자연에서도 적용될 수 있을까? 나는 자연 선택이 매우 효과적으로 작용할 수 있다고 생각한다. 만약에 어떤 변이가 일어난다면, 다른 개체에 비해서 생존과 출산에서 매우 불리한 변이체는 엄격히 소멸될 것이라고 확신할 수 있다. 이렇게 유리한(적합한) 변이체는 보존되고 불리한 변이체는 도태되는 것을 나는 자연 선택이라고 한다.

3.


1) 신종합설

    다윈은 다른 사람들에게 진화를 설명하는 데 있어서 상당한 어려움을 겪었다. 그 시대 사람들은 진화가 일어난다는 사실은 받아들였으나, 어떻게 자연 선택이 일어나는 지를 이해할 수가 없었기 때문이다. 자연 선택에 의한 다윈의 진화 이론이 기초하고 있는 전제들 중의 하나는 개체가 형질을 다음 세대로 전달한다는 것이었다. 그러나 다윈은 어떻게 형질이 한 세대에서 다음 세대로 전달되는지를 설명할 수가 없었다. 그는 또한 개체군내에서 왜 개체의 변이가 생겨나는지도 설명하지 못했다.
    비록 비슷한 시기에 오스트리아에서는 멘델(Gregory Johann Mendel: 1822~1884)이 유전에 대한 연구를 하고 있었지만, 그의 연구 성과가 인정을 받게된 것은 멘델이 죽은 후인 1900년에 이르러서였다. 따라서 생물학자들이 자연 선택과 유전의 관계에 대해 생각할 수 있게 된 것은 1930년대에 이르러서였고, 1940년대에 메이어(Ernst Mayr)는 진화와 유전의 원리를 종합하였다. 이것이 바로 신종합설이다. 신종합설은 다윈이 설명하지 못한 자손들에서 관찰되는 변이를 돌연 변이와 재조합으로 설명하였다. 이러한 신종합설은 많은 생물학자들에 의해 지지되었고, 진화 연구가 활발하게 이루어져 진화에 대한 과학적인 증거가 더 많이 쌓이게 되었다.

    그러나 최근에는 이 신종합설도 몇 가지 점에서 세밀하게 검토되고 있다. 예를 들면, "진화의 방향이 결정될 때 우연의 역할은 무엇인가?", "새로운 종이 진화되는 데는 시간이 얼마나 걸리는가?" 등과 같은 문제이다. 이러한 질문들은 부분적으로는 화석 기록을 재평가함으로써 그리고 또 부분적으로는 유전을 분자적인 면에서 연구한 결과로부터 제기되었다.

2) 대립 유전자와 진화

    생물은 같은 종에 속하더라도 그 모습이 서로 조금씩 모두 다르다. 예를 들어 인간을 살펴보더라도 얼굴이나 키, 피부 색같은 겉 모습뿐만 아니라 성격 등에서도 서로 다른 점을 많이 확인할 수 있다. 또, 이렇게 겉으로 드러나는 변이들 이외에도 드러나지 않는 변이들이 역시 아주 많다. 사람은 혈액 단백질에서부터 소화 효소에 이르기까지 사람들마다 제각기 다르다는 것을 과학자들은 생화학적으로 밝혀 냈다. 이렇게 변이는 모든 형질에서 나타난다.
    그렇다면 이렇게 서로 다른 변이들은 자연 선택에 있어서 어떤 역할을 할까?
    자연 선택에서는 어떤 형질의 변이에 대해 그 변이가 개체의 생존과 생식에 유리한지 불리한 지가 중요하며, 자연 선택은 유전이 가능한 변이에만 작용한다. 어떤 변이 유전자가 개체의 생존과 번식에 유리하다면 다음 세대에서는 그러한 유전자를 가진 개체의 숫자들이 증가하게 된다. 생물은 이러한 과정이 세대를 거치며 반복되면서 자연 선택적으로 진화를 한다. 다시 말하면, 진화는 시간의 흐름에 따라 개체군 내에 존재하는 대립 유전자의 빈도가 변하는 것이다.
    얼룩나방(Peppered Moth)의 예를 들어보자. 얼룩나방의 한 종류는 흰 색인데 검은 반점이 있으며, 다른 한 종류는 검은 색이다. 이 나방의 몸색은 한 쌍의 대립 유전자에 의해 발현이 조절되는데, 검은 색 나방 유전자가 우성이다. 검은 색 나방은 18세기에는 거의 관찰되지 않았다. 그러다가 산업 혁명 초기(1840년경)에 도시 지역에서 나타나 증가하기 시작했는데, 공업 지역에서는 검은 색 나방의 수가 흰 색 나방의 수를 훨씬 웃돌았다. 이렇게 검은 색 나방이 증가하게 된 이유는, 도시 지역이나 공업 지역에서 석탄이 연소하면서 생기는 검댕에 의한 오염으로 나무 줄기에 붙어 사는 지의류가 죽고 나무 줄기는 대신 검댕으로 뒤덮이게 되었다. 나방은 낮에 주로 나무 줄기에 붙어 있는데, 검은 나무 줄기에서 흰 색 나방은 상대적으로 새에게 잘 띄어 많이 잡아 먹혀 줄어들게 되고, 검은 색 나방은 눈에 잘 띄지 않아서 살아남아 자손을 많이 남겼기 때문이다.
    이 예는 자연 선택이 나방의 몸 색깔이라고 하는 한 가지 형질에 작용한 경우이다. 자연 선택이 이렇게 한 가지의 형질에 작용하는 경우에는 진화가 매우 빠른 속도로 진행된다. 그러나 일반적으로는 자연 선택이 여러 가지 유전 형질에 대해 동시에 작용하기 때문에 진화는 매우 천천히 이루어지게 된다.

3) 다양한 유전자형의 유지

    생물의 유전 물질에서 무작위적으로 어떤 변화가 일어나고 이 변화가 유전 가능할 때 이러한 유전 물질의 변화를 돌연 변이라고 한다. 돌연변이에는 DNA에 있는 염기 하나의 변화로 생기는 점 돌연변이(Point Mutation)와 염색체의 형태나 수에 이상이 생겨 나타나는 염색체 돌연변이(Chromo -somal Mutation)가 있다.
    개체군은 생존이 불리한 개체를 자연 선택에 의해 자꾸 소멸시킴으로써 개체군을 유전적으로 균일하게 유지하려는 경향이 있기도 하지만, 알 수 없는 환경 변화에 효과적으로 대응하기 위해서는 유전적인 다양성을 가지고 있어야 한다. 다시 말하면, 개체군에는 다양한 유전자형을 유지하도록 하는 어떤 메카니즘이 존재한다는 것이다.

4) 유전자 풀 (Genetic Pool)

    어떤 개체군에서 그 개체군에 있는 대립 유전자를 통틀어서 유전자 풀(Genetic Pool)이라고 한다. 진화는 이 유전자 풀에서 대립 유전자의 빈도가 변화하는 것을 의미한다. 대립 유전자 빈도가 뜻하는 것은 한 개체군에서 특정 대립 유전자가 차지하는 비율이다. 예를 들어, 반 전체 학생 수 50명 중에 안경을 낀 학생이 10명이라면 안경을 낀 학생의 빈도는 10/50 = 0.2가 된다. 이 유전자 풀은 어떤 외적인 영향이 작용하지 않는 한 대립 유전자의 빈도는 변하지 않고, 항상 평형 상태를 유지하고 있다. 그러나 만약 어떤 요인에 의해 한 대립 유전자의 빈도가 증가하게 되면, 유전자 풀이 평형 상태를 유지하기 위해, 다른 대립 유전자의 빈도가 감소한다. 이런 경우, 유전자 풀 내부에 변화가 있게 되고 진화가 이루어진다.