특정 생물에만 있는 독특한 고아유전자들은 환경 적응을 조절하며, 유전자 진화를 부정한다. : 창조 설계-동물 [한국창조과학회 자료실]

미디어위원회

2026-02-22

특정 생물에만 있는 독특한 고아유전자들은

환경 적응을 조절하며, 유전자 진화를 부정한다.

(Novel Orphan Genes Aid in Regulated Adaptation)

by Jeffrey P. Tomkins, PH.D.

고아유전자(orphan genes, OGs)들은 특정 생물에만 있는 독특하고 고유한 유전자들이다. 특히 진화적 조상으로 간주되고 있는 생물에 이러한 유전자들이 없을 때, 더욱 중요하다. 즉, 고아유전자는 뚜렷한 진화적 조상을 갖고 있지 않고, 진화적 전구체 없이 갑자기 나타나는 유전자로, 이것들은 유전자 진화와 생물학적 진화 이야기를 반박한다. 더 흥미로운 점은 많은 고아유전자들이 환경 적응에 중요한 역할을 수행한다는 것이다. 이 글에서는 고아유전자의 몇 가지 정의부터 시작해, 고아유전자의 기원에 대한 진화론적 추측과, 이러한 설명들이 왜 비합리적인지를 살펴보겠다. 그 후에 그들의 알려진 기능들(특히 적응 측면에서)을 살펴보고, 창조론적 결론으로 마무리하겠다.

고아유전자의 정의와 의의

고아유전자는 특정 생물 종이나 계통 외에는 유사한(상동) 유전자가 발견되지 않는 독특한 유전자이다. 즉, 유전자(또는 그 단백질 산물)가 먼 친척 생물의 유전자와 DNA 서열에서 명확한 유사성이 없는 유전자이다.[1,2] 고아유전자에 대한 다른 용어로는 분류학적으로 제한된 유전자(restricted genes)나 계통-특이적 유전자(lineage-specific genes)로 불려지기도 한다.[3]

고아유전자는 한 효모 종(Saccharomyces cerevisiae)의 유전체 시퀀싱에서 처음 밝혀졌다. 이 효모 종은 다른 미생물에 비해 약 1/3의 유전자들이 이 범주에 속하는 것으로 나타났다.[1] 그 후 박테리아 유전체에서 고아유전자들이 발견되기 시작했고, ORFans라는 용어가 사용되기 시작했다. 현재 미생물 연구자들 사이에서 ‘고아유전자(OGs)’가 표준 용어로 사용되고 있다.

이러한 초기 발견과 생물들의 유전체 시퀀싱이 급증함에 따라, 고아유전자 현상이 다세포 생물을 포함한 생물계 전반에 걸쳐 널리 퍼져 있음이 분명해졌다. 많은 유전체 분석에서 고아유전자들은 특정 유전체 내 유전자의 10%에서 30%를 차지하고 있다. 많은 생물들이 일상의 신진대사와 다른 공통 형질을 비슷하게 지녔지만, 이처럼 엄청난 양의 독특한 고아유전자들은 소위 유전자 진화(gene evolution)라는 기존 모델에 심각한 문제가 되고 있다.[1, 2]

또한 고아유전자들은 생명체의 스펙트럼에서 다양한 수준에서도 발견된다. 단순화되고 일반적인 모델에서 고아유전자는 최근 리뷰 논문에서 보여주듯, 세 가지 서로 다른 분류로 나뉘어지는 것으로 보인다[3] :

1) 척추동물과 같은 광범위한 진핵생물군에 공유되지만, 무척추동물에서는 발견되지 않는 고아유전자들. 기존 과학자들은 이를 진화적으로 보존된 유전자(conserved genes)라고 부르고 있다.

2) 진골어류(teleost fishes)와 같이 더 넓은 생물군에서만 공유되고, 비-진골어류에서는 발견되지 않는 고아유전자들.

3) 특정 교배 분류군에 특이적인 고아유전자들, 즉 종-특이적 고아유전자(species-specific OGs)라고 불리는 것들.

이 글에서는 진화론과 가장 모순되는 세 번째 고아유전자 범주에 초점을 맞추겠다.

고아유전자들의 기원 메커니즘에 대한 진화론적 추측

진화론자들은 유전체의 설계와 복잡성을 창조주에 귀속시키지 않기 때문에, 고아유전자의 기원에 대해 다양한 추측적 메커니즘을 제시해왔다. 가장 널리 알려진 개념은 '새로운 유전자 탄생(de novo gene birth)'으로, 유전자들 사이의 영역(intergenic segment)이나, 유전자 내 비암호화 영역(introns)에서 어떻게든 생겨났다고 주장한다.[1, 2] 이러한 생각은 전혀 설득력이 없는데, 왜냐하면 유전자는 프로모터(promoters, 증진자), 조절인자(regulatory elements), (단백질 코딩의 경우) 오픈 리딩 프레임(open reading frames, 열린 해독틀), 그리고 전사(transcription), RNA 생산물의 세포 내 운반(cellular transport), 번역( translation, 단백질 생산)을 조절하는 다양한 신호 서열들을 포함하고 있기 때문이다.[4] 이렇게 고도로 복잡하고 정보가 풍부한 유전자 코드가 DNA 서열에서 무작위적으로 어떻게든 우연히 마법처럼 튀어나올 수 있다는 생각은 완전히 터무니없는 것이다. 그리고 새로운 신생 유전자 탄생은 과학적으로 문서화되어 보고된 적이 없다. 그리고 이러한 유형의 '유전자 탄생' 과정이 새로운 유전자의 점진적 발달 과정에서 관찰된 적이 없기 때문에, 진화론자들은 이 과정이 빠르게 급속도로 일어났다고 주장한다.

또 다른 추측 메커니즘은 고아유전자가 기존 유전자와 갈라졌는데, 유전자가 복제된 후 복제 오류나 기타 손상으로 인해 염기서열에 많은 돌연변이들이 일어나, 복제된 유전자가 마치 '고아'처럼 보이게 되었다는 것이다.[1,2] 그러나 이러한 생각의 문제점은, 대규모 무작위적 유전적 오류가 새롭고 유용한 유전정보를 만들어낼 수 없다는 점이다. 더불어, 유전자를 급격히 변형시키기 위해 필요한 대규모의 돌연변이 발생은 DNA를 위험한 활동으로부터 보호하기 위해 지속적으로 작동되고 있는, 내장된 DNA 감시 및 오류 복구 시스템의 효과적인 작동 때문에, 유전체에서 발생하도록 허용되지 않는다는 것이다.

또 다른 제안된 메커니즘은 감수분열 중 염색체 재조합 과정에서, 기존에 있던 유전자를 한 번의 단계로 정밀하게 재배열했다는(precise rearrangement of preexisting genes) 것이다. 이것에는 유전자 융합(gene fusion), 유전자 분열(gene fission), 엑손 셔플링)(exon shuffling), 기타 재배열이 포함될 수 있다.[1, 2] 이러한 유전체 구조 변화가 새로운 조합과 새로운 리딩 프레임을 만들어낼 수 있었다는 것이다. 그러나 진화론자들에게 이 아이디어의 문제는 유전적 재조합이 매우 조절되고 있으며, 무작위적이지 않은 과정이라는 점이며, 이러한 기능적인 구조적 변이가 적응적 변이를 만들기 위한 내재된 설계 요소의 일부라는 점이다. 유전적 재조합이 엄격히 통제되지 않으면, 생물체는 곧 죽게 될 것이다.

고아유전자를 생성했다는 또 다른 제안된 메커니즘은 전이인자 활성(transposable element activity)과 관련이 있다. 그러나 이 역시 매우 조절되는 과정이다. 나는 이후 글에서 조절되는 유전체 구조 변화에 관한 주제를 다룰 예정이다.

실제로 새로운 유전자가 생물체로 도입되는 메커니즘 중 하나인 수평 유전자 전달(horizontal gene transfer, HGT)이 있지만, 중요한 주의사항이 있다. 이것은 박테리아에서는 비교적 흔하지만, 다세포 진핵생물에서는 매우 드문 현상이라는 점이다. 다세포 생물에서 수평 유전자 전달이 발생하더라도 새로운 기능의 유전자를 생성하지 않는다. 예를 들어 약 66%의 곤충 중에서, 박테리아 내공생체인 월바키아(Wolbachia)는 유전체의 일부가 숙주 유전체에 통합되었으나, 관련된 유전자와 염색체 조각은 일반적으로 유전체적 유물(genomic relics)이며, 기능을 하지 못한다.[5] 척추동물에서는 수평 유전자 전달이 경험적으로 입증된 바가 없다.

적응에서의 역할

현재는 수백 개의 고아유전자들의 역할이 규명되었지만, 이것도 전체 고아유전자들 중 극히 일부에 불과하다.[6, 2] 이들 중 다수는 전사인자(transcription factors)나 세포수용체(cell receptors)와 같은 잘 알려진 표준 단백질에 결합하는 단백질들을 암호화하는 것으로 알려져 있다. 일부 고아유전자 단백질은 포식자를 퇴치하는 독소이고, 일부는 번식에 관여하며, 많은 단백질들이 대사 및 조절 네트워크에 통합되어 있다. 그리고 몇몇 고아유전자들은 스트레스 저항력이나, 다른 적응 특성에 대한 저항성을 부여하는데, 이것은 다음에 다룰 주제이다.

고아유전자들은 유전적 참신성(novelty)을 나타내기 때문에, 특정 종류의 생물과 그들의 특정한 필요에 대한, 고유한 새로운 기능의 원천이 될 수 있다. 따라서 특정 조건과 변화하는 환경에 적응하는데 기여할 수 있다. 또한 형태학, 행동학, 생리학, 생태학 분야에서 특수성을 부여할 수 있다.[2] 실제로 현재 데이터는 고아유전자가 생물의 서식지에 특별할 수 있는 다양한 비생물적 스트레스(예: 가뭄, 염분, 극한 온도 등)에 대응하는 독특한 도구(unique tools)들을 제공할 수 있음을 시사한다.[2]

동부콩에 있는 고아유전자들

한 연구는 작물화된 콩과식물인 동부콩(cowpeas, Vigna unguiculata)을 대상으로 건조한 환경에 적응한 품종과 습한 환경에 적응한 품종을 연구했다.[7] 이 연구는 동부콩 뿌리의 가뭄 스트레스가 대사, 성장, 발달에 관여하는 일반적인 식물 유전자보다 고아유전자에서 더 많이 유도될 수 있음을 발견했다. 실제로 가뭄에 의해 유도된 578가지의 다른 고아유전자들을 발견했다. 그중 73.2%는 긴 비암호화 RNAs로 예측되었다.[8]

연구자들은 스트레스에 의해 강하게 유도된 고아유전자 하나를 선택해 더 높은 수준으로 발현되도록 변형시켰다. 변형된 유전자를 다시 동부콩 유전체에 넣었을 때, 고아유전자의 과발현은 가뭄 내성을 더욱 향상시켰다. 또한 고아유전자들과 관련된 여러 식물 연구들은 해충 저항성, 병원체 저항성(박테리아 및 곰팡이), 탄소 및 질소 배분, 뿌리 생체량 조절, 가뭄 저항성, 적응 단백질 및 대사산물의 생합성, 면역, 세포사멸 조절 등 적응 형질과 연관될 수 있음을 이 연구는 언급하고 있다.[9]

.동부콩(cowpea) 묘목

물벼룩에 있는 고아유전자들

물벼룩(water flea, Daphnia pulex)은 연못과 호수에 필수적인 담수 갑각류이다. 이 생물은 크기가 작고(0.2~3mm 길이), 반투명한 몸체를 갖고 있어서, 심장과 소화관을 포함한 내부 장기가 현미경으로 쉽게 보인다. 이러한 특성은 생태학 및 생태독성학 연구에서 핵심 모델 생물로 자리매김하게 했으며, 과학자들은 환경 변화에 대한 생리학적 반응을 관찰해 왔다. 또한 여과섭식자(filter feeder)로서 박테리아, 조류, 잔해물을 섭취하며, 생태게 먹이사슬에서 중요한 역할을 하고 있다. 또한 물고기나 다른 수생 무척추동물 등 다른 생물들의 주요 먹이원으로도 활용된다.

물벼룩은 밀집, 온도 변화, 가뭄 등에 극단적인 적응 반응을 보여주고 있다. 혹독한 환경에서 물벼룩은 극한 환경을 견뎌내고, 상황이 개선되면 부화하는 매우 회복력 있는 휴면상태의 알(dormant eggs)을 생산한다. 또한, 유리한 조건에서는 빠르게 무성생식을 하고, 밀집이나 온도 변화 같은 환경적 스트레스가 발생하면 유성생식으로 전환할 수도 있다. 물벼룩 유전체가 시퀀싱되었을 때, 30,907개의 유전자 중 36% 이상이 물벼룩에만 있는 독특한 유전자들이었으며, 다른 어떤 생물에서도 발견되지 않는 유전자들을 갖고 있는 것으로 밝혀졌다.[10] (따라서 물벼룩에서 11,126개 이상의 유전자들이 새롭게 우연히 만들어져야 한다). 이는 이 유전자들의 상당 부분이 특정 환경 변화에 따라 발현 패턴이 변하는 것으로 밝혀졌기 때문에 매우 중요하다. 이로 인해 연구자들은 이 고아유전자들을 친환경 반응형(eco-responsive) OGs라고 부르고 있었다.

.물벼룩(Daphnia, water flea)

개미와 다른 곤충들에 있는 고아유전자들

30종의 절지동물 유전체(28종의 곤충과 2종의 비곤충 집단)를 대상으로 한 대규모 연구는 특별히 7종의 개미 유전체(ant genomes)들의 완전한 염기서열에 초점을 맞추어 발표되었다. 데이터는 벌목(Hymenoptera, 개미와 벌)에서 파리목(Diptera, 파리)보다 더 많은 고아유전자들이 발견됨을 보여주었다.[11] 이 두 그룹(목)의 주요 차이점은 개미와 벌은 사회성 곤충으로, 크고 고도로 구조화된 군집을 이루는 반면, 파리는 단독 생활을 한다는 점이다. 개미와 벌 사이에 요구되는 복잡한 사회적 행동과 다양한 계급적 구조(caste anatomies)를 위해서는 더 독특하고 고도로 정밀한 유전자 코드(genetic code)가 필요하다. 놀랍게도 많은 고아유전자들은 독특했고, 개미와 벌의 개별 종 사이에서도 공통되지 않았다.

예를 들어, 잎꾼개미(leafcutter ant, A. echinatior, 가위개미) 유전체에는 무려 34,821개의 유전자들이 포함되어 있으며, 이들 중 12,151개는 다른 곤충이나 다른 개미 종에서는 발견되지 않은 고유의 고아유전자들이었다. (따라서 이 많은 유전자들이 새롭게 우연히 생겨나야 한다). 잎꾼개미는 매우 복잡한 사회 구조를 갖고 있을 뿐만 아니라, 일꾼들은 큰 균류 정원(fungal garden)에서 자르거나 수확한 잎에서 특정 균류(fungus)를 재배한다. 이 개미의 복잡한 행동과 균류를 재배하고 먹고 소화시키는 데에는 방대한 특수 유전자들을 필요로 한다. 30종의 곤충들과 절지동물 외집단 종 전체를 평균하면, 단백질 암호화 유전자의 약 13%가 다른 종에서 유사한 대응 유전자가 없다. 이 수치는 다른 연구들에서 보고한, 종 특이적 고아유전자의 예상 범위인 10%~30% 범위 내에 속한다.

.잎꾼개미(Leafcutter ant)

결론

고아유전자들은 생물학에서 흥미로운 미개척 영역이지만, 진화할 수 있었던 진화적 전구체(precursor)가 없기 때문에, 유전자 진화 개념에서 커다란 문제가 되고 있다. 그래서 진화론자들은 '그들은 빠르게 진화했다'는 마법적 표현을 사용하고 있는데, 이는 아무도 예상하지 못할 만큼 빠르게 나타났다는 뜻이다. 분명히 고아유전자와 그 복잡한 유전 코드는 무작위 유전적 오류로 설명할 수 없다. 그리고 이것은 생물학적 진화를 완전히 부정하는, 신다윈주의 패러다임의 장엄한 몰락을 초래하고 있는 강력한 생물학적 증거 중 하나인 것이다.[12]

더군다나 이 고아유전자들은 환경적 도전에 대한 적응, 형태학적 신규성, 번식 기능 등의 매우 특수한 역할들을 수행하고 있다. 그리고 이 유전자들은 독립적으로 작동하지 않고, 자동차 변속기의 기어들처럼 복잡한 유전자 네트워크에 의해서 정밀하게 통합되어서 작동되고 있다. 이 모든 것들을 종합해 보면, 이 독특한 고아유전자 코드는 전능하시고 전지하신 창조주 예수 그리스도에 의해 설계되었음을 보여준다.

References

1. Tautz, D. and T. Domazet-Loso. 2011. The Evolutionary Origin of Orphan Genes. Nature Reviews Genetics. 12 (10): 692–702.

2. Fakhar, A. Z. et al. 2023. The Lost and Found: Unraveling the Functions of Orphan Genes. Journal of Developmental Biology. 11 (2): 27.

3. Nelson, P. A. and R. J. A. Buggs. 2016. Next-Generation Apomorphy: The Ubiquity of Taxonomically Restricted Genes. In Next Generation Systematics. Cambridge, UK: Cambridge University Press, 237–263.

4. Tomkins, J. P. 2025. Gene Complexity Showcases Engineered Versatility. Acts & Facts. 54 (1): 14–17.

5. Landmann, F. 2019. The Wolbachia Endosymbionts. Microbiology Spectrum Journal. 7 (2).

6. Singh, U. and E. S. Wurtele. Genetic Novelty: How New Genes are Born. eLife. Posted on elifesciences. org February 19, 2020.

7. Li, G. et al. 2019. Orphan Genes Are Involved in Drought Adaptations and Ecoclimatic-Oriented Selection in Domesticated Cowpea. Journal of Experimental Botany. 70 (12): 3101–3110.

8. Tomkins, J. P. 2025. Long Non-Coding RNAs: The Unsung Heroes of the Genome. Acts & Facts. 54 (4): 14–17.

9. Jiang, M. et al. 2022. Research Advances and Prospects of Orphan Genes in Plants. Frontiers in Plant Science. 13, article 947129.

10. Colbourne, J. K. et al. 2011. The Ecoresponsive Genome of Daphnia Pulex. Science. 331 (6017): 555–561.

11. Wissler, L. et al. 2013. Mechanisms and Dynamics of Orphan Gene Emergence in Insect Genomes. Genome Biology and Evolution. 5 (2): 439–455.

12. Tomkins, J. P. Evolution’s Surprising New Critics. Answers Magazine. Posted on answersingenesis.org July 1, 2018.

* Dr. Tomkins is a research scientist at the Institute for Creation Research and earned his Ph.D. in genetics from Clemson University.

Cite this article: Jeffrey P. Tomkins, Ph.D. 2026. Novel Orphan Genes Aid in Regulated Adaptation. Acts & Facts. 55 (1), 14-17.

*참조 : 새롭게 발견된 ‘고아유전자’들은 진화론을 부정한다.