껍질 있는 알은 진화론에 균열을 내고 있다.

미디어위원회
2024-03-29

껍질 있는 알은 진화론에 균열을 내고 있다. 

(Shelled Eggs Crack Evolution)

by Jerry Bergman, PhD



껍질 있는 알을 자연선택으로 설명하는 것은 진화론의 한 주요한 문제이다.


소개

진화론자들은 모든 육상 척추동물들은 물속에서 껍질 없는 알을 낳던 조상 바다생물로부터 진화했다고 믿고 있다. 최초의 육상동물은 껍질 없는 알을 낳다가, 결국 육지 생활을 정복하기 위해서, 껍질로 둘러싸인 알을 진화시켰을 것이라고 진화론자들은 오랫동안 가르쳐 왔다. 어떻게 이런 일이 일어났는지는 진화론의 한 주요한 문제이다.[1] 물속에서 수정되던 껍질 없는 알이, 어미 몸속에서 수정되는 알로 진화하려면, 수백 가지의 구조적 변화가 필요하다. 아래에 기술한 지앙(Jiang) 등의 알 진화 이론(egg evolution theory)은 그 간격을 메우고자 하는 시도이다.


알 껍질로 둘러싸인 양막란

.알의 각 부분을 나타낸 그림. <From Wikimedia Commons>


알 껍질로 둘러싸인 양막란(amniotic egg)은 많은 거북들, 여러 파충류, 조류, 원시포유류 등 대부분의 육상동물들이 번식을 위해 사용하는 것으로, 양막(amnion) 안에서 배아가 발달하는 양막류(amniotes)가 낳고 있는 알이다. 이 디자인은 껍질로 둘러싸여 있지 않은 어류와 양서류의 무양막란(anamniotic egg), 또는 포유류의 배아와는 매우 다르다. 무양막란은 일반적으로 양막란보다 훨씬 작으며, 껍질을 가진 알보다 환경 조건에 더 많이 영향을 받는다.

무양막란은 융모막(chorion)으로 둘러싸여 있으며, 알 껍질(eggshell, 난각)과 배아 외막이 없다. 반면, 양막란은 양막, 융모막, 요막(allantois)을 포함하여, 일련의 태아막(fetal membranes)들로 구성되어 있다. 이들은 바깥 쪽에 껍질로 둘러싸여 있는데, 껍질은 강하게 광물화되어 있거나, 약하게 광물화되어 있다.

배아의 외막들은 알의 특정 요소들을 둘러싸고, 영양분을 저장하고, 노폐물을 모으고, 난자와 외부 환경 사이의 기체 및 체액 교환을 조절한다.[2] 이렇게 단순성을 뛰어넘어, 복잡한 알로 진화되기 위해서는, 최소 5가지 주요 알 번식 유형들이 진화로 생겨나야 한다 : 배란(ovuliparity, 무더기 산란, 외부 수정), 난생(oviparity, 알 내의 배아), 난태생(ovoviviparity, 부화할 때까지 알의 내부 유지), 조직영양 태생(histotrophic viviparity, 모체의 난관 내에서 접합자가 발달하고, 영양분은 자궁 내 카니발리즘에 의해 제공됨), 혈액영양 태생(hemotrophic viviparity, 영양분이 모체의 태반을 통해 제공됨)이 그것이다.[3]


양막란 진화의 중요성

양막란의 진화적 중요성은 "복잡한 태아막을 가진 양막란이 파충류, 조류, 포유류의 엄청난 다양화를 가능하게 한 척추동물 진화의 핵심적 혁신이었기 때문"[4]이다. 이 디자인의 진화는 바다에 살던 물고기가 육상생물 파충류로 진화하기 위해서 첫 번째로 요구되는 것이었다.

진화론자들은 이러한 진화에 필수적인 가장 기본적인 단계조차도 문서화하지 못했으며, 심지어 "이러한 태아막이 육상 환경에 적응하여 육지에서 알로 진화했는지, 아니면 연장된 배아 정체(extended embryo retention, EER)와 관련하여, 길항적인 태아-모체 상호작용을 제어하도록 진화했는지에 대해서는 논란이 있다."[5] EER은 태아가 더 발달하기 위해서 자궁에 오래 머물도록 진화했음을 의미한다. 지앙(Jiang) 등의 연구는 "EER이 지배파충하강(archosauromorphs)의 원시적 생식 방식이었음을 시사한다. 현존하는 양막류(amniotes)와 멸종된 양막류에 대한 계통학적 비교 분석에 따르면, 최초의 양막류는 (태생을 포함하여) EER을 나타냈음을 가리킨다."[6] 태생(viviparity)은 모체 내에서 배아가 발달하는 것을 말한다. 태아가 자궁 밖에서 스스로 생존할 수 있는, 완전히 또는 부분적으로 발달한 새끼로 태어날 때까지, 모체는 태아의 발달에 필요한 신진대사를 충족하기 위해 모체 순환을 제공한다. 이와 대조적으로, 난생(oviparity)은 어미가 수정된 접합체를 체외(산란, laying or spawning eggs)로 내보내, 모체 외부에서 알(eggs)이라 대사적으로 독립적인 배양기관에서 배아 발달을 촉진하는 것을 말한다.

간단히 말해 난생이 진화되기 위해서는, 난황낭(yolk sac), 양막, 융모막, 요막(allantois) 등 알의 여러 태아막들이 (무작위적 돌연변이로 우연히) 생겨나는 것이 필요했다.[7]


껍질을 가진 알의 구조

배(胚, germinal disc)는 알이 수정될 수 있는 노른자의 작은 흰색 반점이다. 배가 수정되면, 배아가 자라기 시작한다. 이를 배반엽(blastoderm)이라고 한다. 난황낭은 배아에 미네랄, 비타민, 지방, 단백질 등의 영양분을 공급한다. 양막(amnion)은 배아가 발달하는 동안 보호 쿠션 역할을 하는, 무색 액체로 채워진 투명한 주머니이다.

알 껍질(eggshell, 난각)과 흰자위(egg white, 난백) 사이에 있는 두 개의 투명한 단백질 막은 박테리아의 침입을 효율적으로 방어하는 역할을 한다. 이 놀랍도록 튼튼한 층은 부분적으로 사람의 머리카락에도 있는 단백질인 케라틴(keratin)으로 구성되어 있다. 태아를 둘러싸고 있는 융모막(chorion membrane, 난막)은 태아에게 영양을 공급하고 태아를 보호하는 역할을 한다. 요막(allantois)은 속이 빈 주머니 같은 구조로, 배아가 가스를 교환하고 액체 노폐물을 처리하는 데 중요한 역할을 한다. 알끈(chalazae)은 알의 중앙부에 노른자를 고정하는, 달걀 흰자위의 밧줄 같은 가닥이다. 작은 닻처럼, 노른자의 외피(casing)를 알 껍질의 막 안감에 부착하는 역할을 한다. 난황막(vitelline membrane)은 노른자를 둘러싸고 있는 투명한 외피이다. 이 모든 부분들이 존재하고 기능적으로 통합되어야, 난생(oviparity)이 가능하다.[8] 이들이 모두 무작위적 돌연변이들로 우연히 생겨났는가? 그리고 하나씩 점진적으로 생겨나서는 소용이 없다. 모두 동시에 존재해야 한다. 다시 말해, 알 껍질은 ‘한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex)’을 보여준다.

이 문제에 대한 진화론적 합의는 이루어지지 않았다 : "양막란의 태아막이 어디에서 어떻게 진화했는지에 대한 논쟁이 있어왔고, 두 가지 경쟁 가설이 제안되었다."[9] 전통적인 '육상 모델'은 다음과 같이 가정한다.

양막류의 조상은 육지에 알을 낳았다. 이것은 현존하는 양서류 알들의 다양성과 직접적인 발달과 여러 측면에서 유사하다. 그리고 태아막은 점차적으로 진화로 획득되어, 알이 내부에서 물을 유지하고, 산소와 이산화탄소가 알 껍질을 통과하여, 육상환경에 적응할 수 있도록 했다는 가설을 세웠다. 이 널리 받아들여지던 모델은 '배아외막이 양막류 조상의 난관에 태아-모체 상호작용을 조절하기 위한 특화된 기능으로 나타났다는, ‘연장된 배아 정체(EER)' 모델에 의해서 도전받았다[10].

이 모델에 의해서는 난자 진화에 대한 가장 기본적인 질문조차도 대답되지 않았다 :

"현존하는 양막류를 기반으로 한 진화론적 연구는 난생 또는 태생 중에 어떤 것이 먼저 발생했는지에 대한 모호한 결과를 제공한다. EER 모델에 대한 확실한 증거는 트라이아스기 후기 이전의 양막란 화석이 거의 없다는 점과, 페름기 초기만큼 오래된 많은 멸종된 양막류에서 태생이 발견되었다는 점이다."[11]

.새들의 다양한 알들의 일부.(Science Magazine). 


알 껍질의 진화 모델

알 껍질 진화 모델에는 두 가지가 존재한다 : "육상 모델(terrestrial model)에서는, 비 EER 난생이 원시적인 조건이었으며, EER을 사용한 난생과 태생이 양막류에서 여러 번 진화했다는 것이다. EER 모델에서는 난생과 태생에 이르는 진화론적으로 불안정한 EER의 번식 방식은 원시적이었고, 비-EER 난생은 양막류에서 여러 번 진화했다."[12]

최초의 상세한 진화이론은 1957년에 다음과 같이 개발되었다.

20세기 최고의 척추동물 고생물학자인 앨프리드 셔우드 로머(Alfred Sherwood Romer, 1894-1973)는 "척추동물의 진화에서 가장 중요한 단계 중 하나는 양막란의 '발명'이었다... 그것의 출현으로 파충류의 역사가 시작되고, 오늘날 지배적인 조류와 포유류라는 거대한 집단의 진화 가능성이 시작되었음을 의미한다"고 썼다. 양막류의 진화는 진정한 육상 정복의 필수적 전제 조건이었다."[13][14]

로머의 결론은 "반대 의견에도 불구하고, 그 이후로 교과서의 견해가 되어 왔다." 그러나 이 교리적 이론은 "51종의 화석과 29종의 살아있는 종을 분석하여, 각 주요 계통의 조상 가능성을 탐색"한 결과, 로머와 교과서의 고전적인 '파충류 알' 모델은" 쓰레기통에 들어갔다. 

최초의 양막류는 모체 내에서 많은 시간 동안 발달하는 배아를 보호하기 위한 수단으로 EER을 진화시켜, 환경이 유리해질 때까지 출산을 지연시킬 수 있었다. 최초의 양막류 새끼가 껍질 있는 알에서 태어났는지, 아니면 작은 곤충을 먹을 수 있는 살아있는 새끼로 태어났는지는 알 수 없지만, 이러한 적응형 부모 보호는 초기 사족동물의 산란에 이점을 제공했다.[14].

지앙 등은 EER 이론이 기존 이론을 뒤집었다는 결론을 내렸지만, 새로운 이론은 ’한 요소도 제거 불가능한 복잡성‘과 관련된 기본적인 문제조차 해결하지 못한다. 연장된 배아 정체(EER) 이론은 기존 이론을 약간 수정한 것에 불과하며, 딱딱한 껍질을 가진 알의 진화에 대한 주요 문제점을 설명하지 못한다.

또한 EER이 옳다고 결론을 내린 새로운 연구가 맞다면, 진화한 최초의 양막류 새끼가 껍질을 가진 알에서 태어났는지, 아니면 작은 곤충을 먹는 새끼로 태어났는지와 같은 몇 가지 기본적 의문점들이 제기된다.


요약

연구자들은 EER 모델이 한때 널리 받아들여졌던 로머 모델을 뒤집었다는 결론을 내렸지만, 배아가 자궁에 더 오래 머물러 발달하도록 허용하는 것이 어떻게 알의 진화 문제에 내재된 많은 문제점들을 해결할 수 있었는지 알 수 없다. 진화론자들은 양막란이 진화했다고 믿고 있지만, 어디서 어떻게 진화했는지는 알지 못하며, 기존의 두 이론 모두 큰 문제점이 있다. 알의 진화에 대한 대부분의 리뷰 글들에서 완전히 무시되고 있는 것은 난황낭, 양막, 융모막, 요막 등이 모두 기능적인 한 세트로서, ’한 요소도 제거 불가능한 복잡성(irreducibly complex)‘의 시스템이라는 사실이다.[15] 양막란의 생존을 위해서는 이러한 기능적 구조들이 모두 필요하다는 것이다.

*See also our 27 June 2017 article, “Egg-Shape Evolution Theory Cracks Under Pressure,” where a writer in Science Magazine quoted Thomas Wentworth Higginson who called an egg “the most perfect thing in the universe.”


References

[1] Bergman, J. “The Egg: Creation’s Perfect Package.” Creation Science Dialogue 39(1):4-5, January 12.

[2] Jiang, B. et al. “Extended embryo retention and viviparity in the first amniotes.” Nature Ecology & Evolution 7:1131-1140; https://doi.org/10.1038/s41559-023-02074-0, July 2023.

[3] Lode, T. “Oviparity or viviparity? That is the question…” Reproductive Biology 12(3):259-264.

[4] Jiang et al., 2023, p. 1131. Emphasis added.

[5] Jiang et al., 2023, p. 1131. Emphasis added.

[6] Jiang et al., 2023. p. 1131.

[7] Bergman, Jerry. “The Egg—Irreducible Complexity of Creation’s Perfect Package.” Journal of Creation 33(1):119-124, 2019.

[8] Hedin, E. “Evolution’s Chicken and Egg Problem — Explained.” Evolution News, 9 January 2024.

[9] Jiang et al., 2023, p. 1131.

[10] Jiang et al., 2023, p. 1131.

[11] Jiang et al 2023, p. 1131. Emphasis added.

[12] Jiang et al., 2023, p. 1131.

[13] Benton, M. “Which came first: The reptile or the egg?” Nature Research Communities., 12 June 2023.

[14] Benton, 2023. Boldface added.

[15] Hedin, E. “Evolution’s Chicken and Egg Problem — Explained.” Evolution News, 9 January 9, 2024.

.허름한 다윈이 썩은 모르타르로 고정된, 거품 벽돌들로 쌓여진 성벽 위에 앉아 있다. <Cartoon by Brett Miller commissioned for CEH>.  


*참조 : 새의 알에 들어있는 정보 : 알의 두께 변화, 자기장 탐지, 극락조, 송골매의 경이

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출처 : CEH, 2024. 2. 21.

주소 : https://crev.info/2024/02/shelled-eggs-crack-evolution/

번역 : 미디어위원회



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