유전체 크기는 진화를 증명할까?
(Do Genome Sizes Prove Evolution?)
Jerry Bergman
단순한 생명체는 작고 간단한 유전체를 갖고 있다.
복잡한 생명체는 크고 복잡한 유전체를 갖고 있다.
이것이 진화를 증명하는가?
유전체 크기(genome sizes)는 진화적 계통발생(phylogeny)과 상관관계가 있어야 한다. 이것은 진화론자들이 예측하는 것으로, 유전자 분석에 의해서 실제로 발견된 것이 아니다. 진화론의 문제는 "단순한 생명체 - 단순한 유전체"라는 규칙에는 엄청난 수의 예외가 있다는 것이다. 일부 "원시적이고, 단순한" 생물체들이 고도로 진화되었다고 생각되는 일부 복잡한 생물체보다 더 큰 유전체를 갖고 있었다. 최근의 유전체 분석에 의하면, 동물 중에서 가장 큰 유전체를 갖고 있는 것으로 알려진 생물은 가장 진화된 동물이 아니라, 가장 진화가 덜 된 동물로 추정되던 것 중 하나였다. 그 생물은 파충류도 아니고, 새도 아니고, 포유류도 아닌, 폐어(lungfish)라고 불리는 커다란 벌레처럼 보이는, ‘원시’ 물고기였다!
그림 1. 남아메리카 폐어(South American lungfish). University of Konstanz. "세계에서 가장 큰 동물 유전체의 분석" (2024. 8. 14).
남아메리카 폐어(South American lungfish, Lepidosien paradoxa)는 실험실 염기서열 분석을 통해, 약 91 기가바이트의 유전체를 갖고 있다는 것이 밝혀졌는데, 이는 대략 10억 바이트에 해당하는 저장 용량이다. 이것은 인간 유전체의 약 30배 크기이다! 이것은 "지금까지 염기서열이 분석된 가장 큰 동물 유전체이며, 호주 폐어(Neoceratodus forsteri)와 아프리카 폐어의 두 배 이상의 크기이다"라고 샤르트(M. Schart)는 Nature 지의 새로운 보고에서 언급했다.[1]
유전체는 사람의 것보다 조금 더 큰 정도가 아니라, 놀랍게도 30배나 더 컸다는 것이다.[2] "이 고대의 살아있는 화석"은 여전히 화석 초기 조상과 매우 비슷하게 생겼기 때문에, 진화론자들은 초기 조상 폐어의 유전체도 매우 비슷한 크기였을 것이라고 추정하고 있었다.[3] 마찬가지로, 소위 "단순한" 많은 생물들의 유전체는 진화론자들이 오랫동안 예측해왔던 크기보다 훨씬 더 복잡하다(표 1과 그림 4 참조).
표 1. 이 도표에서 단백질 암호 유전자와 전체 유전자 수의 진화적 발전과의 상관관계에는 주요한 예외들이 있다. 가장 큰 예외는 바로 흔한 밀 잔디(wheat grass, T. estivum)이다. 이들 생물들에 대한 다른 비교는 매우 다른 이야기를 들려준다. 또 다른 문제는 위의 표에 인용된 일부 숫자들은 단지 추정치에 불과하다는 것이다. 게다가 유전학자들은 수백만 종으로 추정되는 현존하는 생물들의 염기서열들 중 아주 작은 비율만을 분석했다는 것이다.
유전체 크기가 다양한 이유
폐어의 거대한 유전체 크기에 대한 한 가지 설명은 고도로 반복되는 인트론(introns)으로 인해(이것은 유전자가 전사될 때 스플라이싱 과정을 통해 제거됨) 확장된 여러 유전자 간 영역과 관련이 있을 수 있다. 따라서 이들 영역이 확장된 것일 수 있는데, 왜냐하면 어떤 전이인자(transposable elements, transposons, 이동성 유전자)는 오늘날에도 여전히 활성화되어, 여러 개의 사본들을 생성하기 때문이다. 전이인자는 "점핑유전자(jumping genes)"라고도 알려져 있는데, 이것들은 유전체의 한 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 DNA 염기서열이다.
지난 수십 년 동안, 유전체 주변에 전이인자들이 "점프"를 할 뿐만 아니라, 원핵생물과 진핵생물들을 포함하는 거의 모든 생물들에서 전형적으로 많은 수로 발견된다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 한 보고는 전이인자가 인간 유전체(human genome)의 약 50%와 옥수수 유전체(maize genome)의 최대 90%를 구성한다고 주장하고 있다. 또한 이것은 인간 유전체보다 30배 더 큰 것으로 밝혀진, 남아메리카 폐어의 거대한 유전체 크기에 대한 설명이 될 수 있다.[4]
인트론(introns)과 트랜스포존(transposons)이 '쓸모없다'는 주장은 진화론자들이 사용했었던 ‘흔적기관(vestigial organs)’이라는 주장과 비슷하다. 나의 추정은 비-암호화된 DNA의 전부는 아니더라도 대부분은 기능들이 있음이 발견될 것이라는 것이다. 한 가지 분명한 점은, 만약 그것들이 정말로 돌연변이가 일어난 쓰레기라면, 왜 생물체는 그것들을 계속 복제하고 유지했을까? 하는 것이다.
소위 흔적기관으로 말해졌던 것들에 대해 밝혀진 바와 같이, 폐어 유전체에서 DNA 반복 횟수가 많은 데에는, 기능적인 이유가 있을 수 있다. 샤르트 교수는 한 가지 가능한 이유를 언급했는데, 특히 전이인자들이 풍부하면 염색체 재배열을 용이하게 하여, 환경 적응에 도움이 될 수 있다는 것이다.[5]
그림 2. 또한 유효한 유전체 비교는 위의 도표에서 보여준 것과 같이, 특정한 유전적 요소들의 비교를 필요로 한다. 이 도표는 전이인자(transposable elements)가 폐어 유전체의 50%에 비해, 인간 유전체 내에는 단지 11%에 불과하다는 것을 보여준다. 이것은 이러한 추정치들 중 일부가 얼마나 빈약한 것인지를 보여준다. 이 도표는 국제 인간게놈 시퀀싱 컨소시엄(International Human Genome Sequencing Consortium)의 "인간 게놈의 초기 시퀀싱 및 분석(Nature 409:860-921, p.860, 2001)" 자료에 기초한 것이다.
그림 3. 전체 유전체 크기를 평가할 때와 비교하여, 특정 유전자를 평가할 때는 매우 다른 결과가 나오는데, 이 경우 나열된 영장류의 후각 수용체 유전자(olfactory receptor genes)는 그림의 하단에 있다. 문서화된 기능적 유전자를 비교하더라도, 대부분 또는 적어도 많은 위유전자(pseudogenes)들이 기능을 갖고 있다는 증거들이 있다. 코끼리는 개보다 2배, 사람보다 5배나 많은 후각 수용체 유전자를 갖고 있다. 도쿄대학(University of Tokyo) 농업생명과학대학원의 보고에 의하면, "코끼리는 개보다 2배 많은 후각 수용체 유전자들을 갖고 있다. 유전체 비교는 포유류의 다양성을 나타낸다"는 것이다.(2014. 8. 12).
그림 4. 진화계통나무의 아래에 있는 두 아주 "단순한" 생물인 물벼룩(Daphnia, water fleas)과 쌀(Oryza sativa, rice)은 인간보다 더 많은 유전자를 갖고 있다. 이것은 생물의 유전자 수가 생물학적 복잡성의 유효한 지표가 아니라는 사실을 보여준다.
샤르트 연구는 돌연변이가 유전적 악화를 일으킨다는 결론을 뒷받침한다.
샤르트 연구의 한 가지 발견은 일반적으로 돌연변이는 유전체를 쇠퇴시키는 방향으로 진행된다는 창조론자들의 결론을 뒷받침하고 있다는 것이다. 이것은 기생 세균인 마이코플라즈마 마이코이즈(Mycoplasma mycoides)에 대한 연구에서 잘 보고되었다.[6] 이 생물체는 알려진 것들 중에서 가장 작은 유전체 중 하나를 갖고 있다. 이 유전체는 1,211,703개의 염기쌍을 가진, 985개의 유전자만을 갖고 있는, 하나의 원형 염색체로 되어 있으며, 지금까지 염기서열이 분석된 모든 유전체들 중 가장 작은 것 중 하나의 G+C 함량으로 이루어져 있다. 기생충으로서 생존하며, 다른 생물체를 먹고 살아가므로, 스스로 생존하는 데 필요한 유전자들을 갖고 있지 않다.
마이코플라즈마 마이코이즈 유전체를 분석한 결과, 특정 유전자 코드 하나가 A나 T를 G나 C로 바꿀 확률이 반대로 일어날 경우보다 30배나 높았다. 가장 작은 세포(minimalist cell)에서 이 돌연변이가 일어날 확률은 100배나 높았다. 가장 작은 세포는 가장 기본적 유전자까지 제거되어도, 아직 살아있는 세포를 말한다. 즉 실험실에서 성장하고 분열할 수 있으면서 가장 작은 유전체를 가진 생명체를 말한다.[6]
이 돌연변이로 인해 A-T 염기는 점점 줄어들고, G-C 염기의 수는 급격하게 증가한다. 결국 기능적 코드는 상실되고, 비기능적인 돌연변이 된 코드가 생성되는 것이다. 보편적인 DNA 코드를 구성하고 있는 4개의 DNA 염기는 T(Thymine)와 A(Adenine) 쌍, G(Guanine)와 C(Cytosine) 쌍이다. 이 돌연변이는 "the top award was to a cute rabbit with a raccoon tail“라는 영어 문장이, 전혀 알아볼 수 없는 "heop twtrdwts to tgua rtbtia tgoon atil"가 되는 것으로, 이것은 전혀 말이 안 된다. 이 예는 이러한 돌연변이 유형은 본래의 의미를 완전히 상실한다는 것을 보여준다. DNA 코드의 경우도 마찬가지이다.
요약
유전체 크기에 있어서 많은 예외들은 "단순한" 생명체가 작은 단순한 유전체를 갖고 있으며, 복잡한 생명체는 크고 복잡한 유전체를 갖고 있을 것이라는 순진하고 단순한 진화론적 결론이 틀렸다는 사실을 보여준다. 많은 매우 "단순한" 생물체들은 진화론자들이 가장 진화된 생물체로 간주하는 사람보다 훨씬 큰 유전체를 갖고 있다. 왜 이러한 일이 일어나있는지는 알 수 없지만, 전이인자의 확장과 전이인자의 풍부함이 염색체 재배열을 용이하게 할 가능성과 같은 일부 가능성 있는 이론들이 제안되었다. 그럼에도 불구하고, 그러한 이유와는 관계없이, 유전체의 크기와 복잡성은 종종 전통적인 진화론의 예상과 부합되지 않는다. 이러한 일반적인 경향은 더 많은 생물 유전체들이 분석될 때까지 유지되는 것이다.
References
[1] Schart, M., et al., ”The genomes of all lungfish inform on genome expansion and tetrapod evolution,” Nature 3901(9684), https://doi.org/10.1038/s41586-024-07830-1, 2024.
[2] Schart, et al., 2024.
[3] Universitӓt Konstanz, “Decoding the world’s largest animal genome,” https://www.uni-onstanz.de/en/university/news-and-media/current-announcements/news-in-detail/das-groesste-genom-aller-tiere-entschluesselt/, 14 August 2024.
[4] Schart, et al., 2024.
[5] Schart, et al., 2024.
[6] Westberg, J.,“The genome sequence of Mycoplasma mycoides subsp. mycoides SC type strain PG1T, the causative agent of contagious bovine pleuropneumonia (CBPP),” Genome Research14(2):221–227, February 2024.
*참조 : ▶ 유전학, 유전체 분석
https://creation.kr/Topic102/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6487983&t=board
▶ 돌연변이
https://creation.kr/Topic401/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6777162&t=board
출처 : CEH, 2024. 8. 28.
주소 : https://crev.info/2024/08/do-genome-sizes-prove-evolution/
번역 : 미디어위원회
유전체 크기는 진화를 증명할까?
(Do Genome Sizes Prove Evolution?)
Jerry Bergman
단순한 생명체는 작고 간단한 유전체를 갖고 있다.
복잡한 생명체는 크고 복잡한 유전체를 갖고 있다.
이것이 진화를 증명하는가?
유전체 크기(genome sizes)는 진화적 계통발생(phylogeny)과 상관관계가 있어야 한다. 이것은 진화론자들이 예측하는 것으로, 유전자 분석에 의해서 실제로 발견된 것이 아니다. 진화론의 문제는 "단순한 생명체 - 단순한 유전체"라는 규칙에는 엄청난 수의 예외가 있다는 것이다. 일부 "원시적이고, 단순한" 생물체들이 고도로 진화되었다고 생각되는 일부 복잡한 생물체보다 더 큰 유전체를 갖고 있었다. 최근의 유전체 분석에 의하면, 동물 중에서 가장 큰 유전체를 갖고 있는 것으로 알려진 생물은 가장 진화된 동물이 아니라, 가장 진화가 덜 된 동물로 추정되던 것 중 하나였다. 그 생물은 파충류도 아니고, 새도 아니고, 포유류도 아닌, 폐어(lungfish)라고 불리는 커다란 벌레처럼 보이는, ‘원시’ 물고기였다!
그림 1. 남아메리카 폐어(South American lungfish). University of Konstanz. "세계에서 가장 큰 동물 유전체의 분석" (2024. 8. 14).
남아메리카 폐어(South American lungfish, Lepidosien paradoxa)는 실험실 염기서열 분석을 통해, 약 91 기가바이트의 유전체를 갖고 있다는 것이 밝혀졌는데, 이는 대략 10억 바이트에 해당하는 저장 용량이다. 이것은 인간 유전체의 약 30배 크기이다! 이것은 "지금까지 염기서열이 분석된 가장 큰 동물 유전체이며, 호주 폐어(Neoceratodus forsteri)와 아프리카 폐어의 두 배 이상의 크기이다"라고 샤르트(M. Schart)는 Nature 지의 새로운 보고에서 언급했다.[1]
유전체는 사람의 것보다 조금 더 큰 정도가 아니라, 놀랍게도 30배나 더 컸다는 것이다.[2] "이 고대의 살아있는 화석"은 여전히 화석 초기 조상과 매우 비슷하게 생겼기 때문에, 진화론자들은 초기 조상 폐어의 유전체도 매우 비슷한 크기였을 것이라고 추정하고 있었다.[3] 마찬가지로, 소위 "단순한" 많은 생물들의 유전체는 진화론자들이 오랫동안 예측해왔던 크기보다 훨씬 더 복잡하다(표 1과 그림 4 참조).
표 1. 이 도표에서 단백질 암호 유전자와 전체 유전자 수의 진화적 발전과의 상관관계에는 주요한 예외들이 있다. 가장 큰 예외는 바로 흔한 밀 잔디(wheat grass, T. estivum)이다. 이들 생물들에 대한 다른 비교는 매우 다른 이야기를 들려준다. 또 다른 문제는 위의 표에 인용된 일부 숫자들은 단지 추정치에 불과하다는 것이다. 게다가 유전학자들은 수백만 종으로 추정되는 현존하는 생물들의 염기서열들 중 아주 작은 비율만을 분석했다는 것이다.
유전체 크기가 다양한 이유
폐어의 거대한 유전체 크기에 대한 한 가지 설명은 고도로 반복되는 인트론(introns)으로 인해(이것은 유전자가 전사될 때 스플라이싱 과정을 통해 제거됨) 확장된 여러 유전자 간 영역과 관련이 있을 수 있다. 따라서 이들 영역이 확장된 것일 수 있는데, 왜냐하면 어떤 전이인자(transposable elements, transposons, 이동성 유전자)는 오늘날에도 여전히 활성화되어, 여러 개의 사본들을 생성하기 때문이다. 전이인자는 "점핑유전자(jumping genes)"라고도 알려져 있는데, 이것들은 유전체의 한 위치에서 다른 위치로 이동할 수 있는 DNA 염기서열이다.
지난 수십 년 동안, 유전체 주변에 전이인자들이 "점프"를 할 뿐만 아니라, 원핵생물과 진핵생물들을 포함하는 거의 모든 생물들에서 전형적으로 많은 수로 발견된다는 것이 밝혀졌다. 예를 들어, 한 보고는 전이인자가 인간 유전체(human genome)의 약 50%와 옥수수 유전체(maize genome)의 최대 90%를 구성한다고 주장하고 있다. 또한 이것은 인간 유전체보다 30배 더 큰 것으로 밝혀진, 남아메리카 폐어의 거대한 유전체 크기에 대한 설명이 될 수 있다.[4]
인트론(introns)과 트랜스포존(transposons)이 '쓸모없다'는 주장은 진화론자들이 사용했었던 ‘흔적기관(vestigial organs)’이라는 주장과 비슷하다. 나의 추정은 비-암호화된 DNA의 전부는 아니더라도 대부분은 기능들이 있음이 발견될 것이라는 것이다. 한 가지 분명한 점은, 만약 그것들이 정말로 돌연변이가 일어난 쓰레기라면, 왜 생물체는 그것들을 계속 복제하고 유지했을까? 하는 것이다.
소위 흔적기관으로 말해졌던 것들에 대해 밝혀진 바와 같이, 폐어 유전체에서 DNA 반복 횟수가 많은 데에는, 기능적인 이유가 있을 수 있다. 샤르트 교수는 한 가지 가능한 이유를 언급했는데, 특히 전이인자들이 풍부하면 염색체 재배열을 용이하게 하여, 환경 적응에 도움이 될 수 있다는 것이다.[5]
그림 2. 또한 유효한 유전체 비교는 위의 도표에서 보여준 것과 같이, 특정한 유전적 요소들의 비교를 필요로 한다. 이 도표는 전이인자(transposable elements)가 폐어 유전체의 50%에 비해, 인간 유전체 내에는 단지 11%에 불과하다는 것을 보여준다. 이것은 이러한 추정치들 중 일부가 얼마나 빈약한 것인지를 보여준다. 이 도표는 국제 인간게놈 시퀀싱 컨소시엄(International Human Genome Sequencing Consortium)의 "인간 게놈의 초기 시퀀싱 및 분석(Nature 409:860-921, p.860, 2001)" 자료에 기초한 것이다.
그림 3. 전체 유전체 크기를 평가할 때와 비교하여, 특정 유전자를 평가할 때는 매우 다른 결과가 나오는데, 이 경우 나열된 영장류의 후각 수용체 유전자(olfactory receptor genes)는 그림의 하단에 있다. 문서화된 기능적 유전자를 비교하더라도, 대부분 또는 적어도 많은 위유전자(pseudogenes)들이 기능을 갖고 있다는 증거들이 있다. 코끼리는 개보다 2배, 사람보다 5배나 많은 후각 수용체 유전자를 갖고 있다. 도쿄대학(University of Tokyo) 농업생명과학대학원의 보고에 의하면, "코끼리는 개보다 2배 많은 후각 수용체 유전자들을 갖고 있다. 유전체 비교는 포유류의 다양성을 나타낸다"는 것이다.(2014. 8. 12).
그림 4. 진화계통나무의 아래에 있는 두 아주 "단순한" 생물인 물벼룩(Daphnia, water fleas)과 쌀(Oryza sativa, rice)은 인간보다 더 많은 유전자를 갖고 있다. 이것은 생물의 유전자 수가 생물학적 복잡성의 유효한 지표가 아니라는 사실을 보여준다.
샤르트 연구는 돌연변이가 유전적 악화를 일으킨다는 결론을 뒷받침한다.
샤르트 연구의 한 가지 발견은 일반적으로 돌연변이는 유전체를 쇠퇴시키는 방향으로 진행된다는 창조론자들의 결론을 뒷받침하고 있다는 것이다. 이것은 기생 세균인 마이코플라즈마 마이코이즈(Mycoplasma mycoides)에 대한 연구에서 잘 보고되었다.[6] 이 생물체는 알려진 것들 중에서 가장 작은 유전체 중 하나를 갖고 있다. 이 유전체는 1,211,703개의 염기쌍을 가진, 985개의 유전자만을 갖고 있는, 하나의 원형 염색체로 되어 있으며, 지금까지 염기서열이 분석된 모든 유전체들 중 가장 작은 것 중 하나의 G+C 함량으로 이루어져 있다. 기생충으로서 생존하며, 다른 생물체를 먹고 살아가므로, 스스로 생존하는 데 필요한 유전자들을 갖고 있지 않다.
마이코플라즈마 마이코이즈 유전체를 분석한 결과, 특정 유전자 코드 하나가 A나 T를 G나 C로 바꿀 확률이 반대로 일어날 경우보다 30배나 높았다. 가장 작은 세포(minimalist cell)에서 이 돌연변이가 일어날 확률은 100배나 높았다. 가장 작은 세포는 가장 기본적 유전자까지 제거되어도, 아직 살아있는 세포를 말한다. 즉 실험실에서 성장하고 분열할 수 있으면서 가장 작은 유전체를 가진 생명체를 말한다.[6]
이 돌연변이로 인해 A-T 염기는 점점 줄어들고, G-C 염기의 수는 급격하게 증가한다. 결국 기능적 코드는 상실되고, 비기능적인 돌연변이 된 코드가 생성되는 것이다. 보편적인 DNA 코드를 구성하고 있는 4개의 DNA 염기는 T(Thymine)와 A(Adenine) 쌍, G(Guanine)와 C(Cytosine) 쌍이다. 이 돌연변이는 "the top award was to a cute rabbit with a raccoon tail“라는 영어 문장이, 전혀 알아볼 수 없는 "heop twtrdwts to tgua rtbtia tgoon atil"가 되는 것으로, 이것은 전혀 말이 안 된다. 이 예는 이러한 돌연변이 유형은 본래의 의미를 완전히 상실한다는 것을 보여준다. DNA 코드의 경우도 마찬가지이다.
요약
유전체 크기에 있어서 많은 예외들은 "단순한" 생명체가 작은 단순한 유전체를 갖고 있으며, 복잡한 생명체는 크고 복잡한 유전체를 갖고 있을 것이라는 순진하고 단순한 진화론적 결론이 틀렸다는 사실을 보여준다. 많은 매우 "단순한" 생물체들은 진화론자들이 가장 진화된 생물체로 간주하는 사람보다 훨씬 큰 유전체를 갖고 있다. 왜 이러한 일이 일어나있는지는 알 수 없지만, 전이인자의 확장과 전이인자의 풍부함이 염색체 재배열을 용이하게 할 가능성과 같은 일부 가능성 있는 이론들이 제안되었다. 그럼에도 불구하고, 그러한 이유와는 관계없이, 유전체의 크기와 복잡성은 종종 전통적인 진화론의 예상과 부합되지 않는다. 이러한 일반적인 경향은 더 많은 생물 유전체들이 분석될 때까지 유지되는 것이다.
References
[1] Schart, M., et al., ”The genomes of all lungfish inform on genome expansion and tetrapod evolution,” Nature 3901(9684), https://doi.org/10.1038/s41586-024-07830-1, 2024.
[2] Schart, et al., 2024.
[3] Universitӓt Konstanz, “Decoding the world’s largest animal genome,” https://www.uni-onstanz.de/en/university/news-and-media/current-announcements/news-in-detail/das-groesste-genom-aller-tiere-entschluesselt/, 14 August 2024.
[4] Schart, et al., 2024.
[5] Schart, et al., 2024.
[6] Westberg, J.,“The genome sequence of Mycoplasma mycoides subsp. mycoides SC type strain PG1T, the causative agent of contagious bovine pleuropneumonia (CBPP),” Genome Research14(2):221–227, February 2024.
*참조 : ▶ 유전학, 유전체 분석
https://creation.kr/Topic102/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6487983&t=board
▶ 돌연변이
https://creation.kr/Topic401/?q=YToxOntzOjEyOiJrZXl3b3JkX3R5cGUiO3M6MzoiYWxsIjt9&bmode=view&idx=6777162&t=board
출처 : CEH, 2024. 8. 28.
주소 : https://crev.info/2024/08/do-genome-sizes-prove-evolution/
번역 : 미디어위원회