곤충 다리의 발달

다리 하나에서도 거부되고 있는 진화론

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곤충 다리의 발달

: 다리 하나에서도 거부되고 있는 진화론

(Insect leg development : Evolution out on a limb)

에 의해 Pierre Jerlström

숨겨진통일성(Hidden unity)

척추동물(vertebrates)과 곤충(insects)의 몸체는 그들의 크기와 모양에서, 그리고 부속기관의 형태와 수에 있어서 매우 다르다. 그럼에도 불구하고, 그들의 성장을 조절하는 유전자들과 유전적 시스템에는 하나의 숨겨진 통일성(hidden unity)이 있다. 척추동물과 초파리와 같은 곤충들의 주요 몸체 축을 따라 세포(cells)들은, 그들의 핵 안에 있는 주 제어 유전자(homeotic selector genes, Hox)의 발현 정도에 따라 어떤 형태의 부속기관으로 성장해갈 것인가 뿐만 아니라 그들의 위치도 알고 있다 [1].

곤충 사지(limb)의 발달에 있어서 특정 Hox 유전자의 역할이 최근에 연구되었다. 곤충 유충의 어떤 단계에서 Distal-less(Dll) 유전자의 스위치가 켜지게 되면, 세포들의 일부가 다리로 조직화되기 시작한다. 반면에 Dll 유전자의 스위치를 꺼지면, 단지 그루터기(stumps)만 형성되어지는 결과를 가져오는 것이었다 [2]. 1990년대 초에, 과학자들은 Hox 유전자의 거의 동일한 복사본(copies)들을 척추동물들 내에서 발견하고서 깜짝 놀랐었다. 그런데 이 유전자들이 이제는 곤충 내에서 발견되어서 다리의 발달 동안에 스위치가 켜지는 것을 보고 과학자들은 또 한번 놀라게 되었던 것이다. 왜냐하면 척추동물과 곤충은 완전히 다른 형태의 다리를 가지고 있기 때문이다. 곤충인 빈시류(bugs)는 보호용 외골격(exoskeleton) 안쪽으로 그들의 근육(muscles)을 가지고 있다. 이에 반해 동물들은 근육으로 싸여진 뼈를 가지고 있다. 진화론에 따르면, 곤충과 척추동물은 10억년 전에 살았다는 사지 없는 편형동물(limbless flatworm)과만 관계가 있는 매우 거리가 먼 동물들이다. 곤충과 척추동물의 사지와 발달을 위한 유전자들은 두 계통에서 독립적으로 진화되어 왔다고 진화론자들은 믿고 있었다 [2].

과학자들은 더 나아가 사지와 비슷한 부속기관을 가지고 있는 유조동물(velvet worms), 성게(sea urchins), 우렁쉥이(sea squirts)와 같은 편형동물의 ‘먼 친척(distant relatives)’들을 조사하였다. 그들은 Dll-like 유전자가 이들 동물들의 각각에서 부속기관들을 발달시키는 데에 활동하고 있음을 발견하였다 [2].

성서적 구조틀 안에서 이 증거들을 바라보면, 창조된 여러 종류의 생물체들의 이동을 위한 부속기관들을 설계하는 데에, 고도로 성공적이고 기본적인 설계도를 사용한 한 창조주의 작품으로서, 사지의 발달에서 이러한 숨겨진 통일성을 확인하는 것은 쉽다. 비슷한 예로, 자전거, 자동차, 기차 등의 바퀴는 우연히 생겨나지 않고, 기본적인 공학적 설계에 의한 다양한 제품들인 것과 마찬가지이다. 이와 같은 견지에서, 여러 동물들의 유전적 암호 내에 들어 있는 유사한 분자 정보(Hox genes)들이 유사한 다리 구조를 만들어 낸다는 것을 발견하는 것은 놀라운 일이 아니다.

돌연변이체연구

다른 두 개의 Hox 유전자인 Ultrabithorax (Ubx)과 abdominal-A (abd-A)도 또한 몇몇 곤충들에서 분명한 기능을 가지고 있다. 바구미(red flour beetle)인Tribolium castaneum 에서 abd-A 유전자는 Dll 의 작용에 의해서 복부(abdomen)에서 다리가 자랄지 안 자랄지를 결정한다. 반면에 Ubx 는 세포들이 무슨 형태의 다리로 되어야할 지를 말해준다 [3, 4]. 과학자들이 이 두 유전자를 불활성 시켰을 때, 바구미의 유충은 그들의 복부에서 16 개의 다리가 자라기 시작하는 것을 발견했다.

이것은 곤충과 절지동물(등뼈가 없는 동물)이 비특화된(non-specialized) 많은 체절(body segments)들을 가지고 있는(각 체절은 쌍으로 된 다리를 가짐) 지네(centipedes)와 노래기(millipedes)를 닮은 동물로부터 4억년 전에 진화했다는 것을 지지하는 증거로서 환영받았다. 추정되는 곤충들의 진화 동안, 체절들의 그룹이 머리, 가슴, 다리 없는 복부를 형성하기 위해 함께 융합(fused) 되었다는 것이다. 다리를 만드는 유전자는 또한 스위치가 꺼졌고, 더 기민한 6 개 다리의 곤충을 낳게 되었다는 것이다 [4, 5].

비록 바구미 유충이 그 복부에서 다리를 만드는 것이 설득될 수 있다 하더라도, 이것은 진화를 지지하는 것이 아니다. 그것은 단지 다리의 발달에 있어서 특별한 유전자의 역할을 확인하는 것일 뿐이다. 곤충들에서 매 체절(segment)은 사지를 만들 수 있는 잠재력을 가지고 있다는 것은 잘 알려져 있다 [5]. 그러나 그것이 형성되든지 안 되든지 간에, 사지의 형태(type)는 개개의 Hox 유전자에 의해서 결정되는 것이다. 초파리인 Drosophila melanogaster 에서 한 체절의 특별한 부속기관(다리 형태 또는 안테나)은 한 쌍의 Hox 유전자에 의해서 특화된다.

결론

곤충의 진화는 일관성이 없다. 진화론자들도 어떻게 진화가 곤충들 사이의 그러한 거대한 형태학적 변화를 유발할 수 있었는지, 그리고 특별히 어떻게 고도로 정교한 Hox 유전자의 발현이 곤충들 계통 내에 존재하게 되었는지에[3] 관하여 당황해 하고 있다. 성경은 곤충을 포함하여 모든 기는 것(creeping things)들은 그 종류대로 번식하도록 창조주간 제 6일에 완전하게 창조되었다고 명백하게 기술되어 있다.

진화론 교리는 생물들의 유사성(similarity)을 계통발생(phylogeny)으로 해석한다. 최근에 초파리인 Drosophila의 유전자 염기서열이 완전히 해독되었다 [6]. 최근에 미생물들의 염기서열이 해독되어 보고 되고 있는 것처럼 [7, 8], 미래에 더 많은 곤충들의 DNA 염기서열이 밝혀진다면, 계통발생의 결여(lack)는 명백한 증거가 될 것이다. 이것은 계통나무의 낮거나 높은 위치에 있다고 믿어지는 곤충들이 후손들과 일관된 선으로 연결되지 않게 됨으로서, 불안정한 진화론적 생물계통나무(tree of life)의 더 심각한 붕괴를 초래할 것이다. 이것을 설명하기 위해서, 진화론자들이 곤충들의 다중 기원(multiple origins)을 제안하게 될 것인지 사람들은 궁금해 하고 있다 [8].

출처 : TJ 15(1):12–13, April 2001

번역자 : IT 사역위원회

References