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소똥구리에서 밝힌 진화의 비밀


(The left image shows thoracic horns in a typical dung beetle. The right image shows the effect of reducing the expression of a gene in the wing gene network in beetles, which results in the thoracic horn transforming into an extra third set of wings. Credit: Indiana University)

(This image illustrates the evolutionary origin of horns and wings from arthropods to insects. The second and third thoracic sections (in green) evolved into the fore and hind wings of modern insects, respectively. The first thoracic segment, however, facilitated the evolution of diverse innovations, such as horns in the scarab beetles (in blue) family, which include dung beetles. Credit: David Linz, Indiana University)


 생물 진화 과정에서 새로운 기관이나 부속지가 생기는 과정은 전에 있던 부분이 변형되는 경우가 많습니다. 하늘 아래 새로운 것이 없다는 속담처럼 완전히 없던 기관이 생기는 것이 아니라 이전에 있던 것이 변한다는 이야기입니다. 대표적으로 박쥐의 날개나 고래의 지느러미 모두 사실 팔이 변형된 것입니다. 물론 단순한 박테리아에서 인간으로 진화하기까지 수많은 것들이 새로 생겨나긴 했지만, 그래도 완전히 0에서 새로 만드는 것보다 있는 것을 변형해 진화하는 것이 더 간단한 해결책이기 때문에 진화에서 가장 일반적인 방식이라고 할 수 있습니다. 


 하지만 인디애나 대학의 아르민 모첵 교수(Armin Moczek, professor in the IU Bloomington College of Arts and Sciences' Department of Biology)가 이끄는 연구팀은 세 종의 소똥구리 (Onthophagus sagittarius, O. taurus, O. binodis)를 대상으로 날개와 뿔의 발현과 억제를 연구했습니다. 그러자 흥미롭게도 유전자 네트워크를 조절해서 뿔의 발현을 억제하거나 아예 날개처럼 만들 수 있다는 (사진) 사실을 확인했습니다. 


 하지만 연구팀의 목적은 소똥구리의 뿔과 날개의 진화가 아니라 곤충의 첫번째 흉부 체절 (thoracic body segment)가 곤충 진화에서 어떤 역할을 했는지 알아내는 것입니다. 연구팀은 소똥구리의 뿔과 다른 곤충의 날개, 눈 등 다양한 기관이 이 체절에서 유래했으며 따라서 유전자를 억제하거나 변형하므로써 뿔을 날개처럼 변형할 수 있다는 사실을 확인했습니다. 이는 날개가 뿔이 된 것이 아니라 하나의 공통 체절에서 유래했다는 것을 의미합니다. (두 번째 사진) 


 물론 이 연구가 박쥐의 날개나 돌고래의 지느러미가 앞다리가 변형된 것이라는 사실을 부정하지는 않습니다. 그보다는 진화의 과정과 단계가 하나의 과정이나 원리로 설명되는 것은 아니라는 이야기입니다. 그리고 곤충류의 성공이 여러 가지 형태로 다양하게 변할 수 있는 체절에서 비롯되었을지 모른다는 사실도 시사합니다. 


 다른 자연 현상도 놀라움이지만, 진화는 지구에서 일어난 가장 놀라운 자연 현상 중 하나입니다. 과학자들은 이 기적같이 보이는 과정 뒤에 숨은 과학적 원리를 하나씩 밝혀내 단순한 세균에서 현재의 지구 생태계가 등장한 과정을 알아내고 있습니다. 아직도 많은 사실을 밝혀내야 하지만, 지금까지 알아낸 사실만으로도 충분히 경이롭습니다. 


 참고 


 Y. Hu el al., "Beetle horns evolved from wing serial homologs," Science (2019). science.sciencemag.org/lookup/ … 1126/science.aaw2980

"The multistep morphing of beetle horns," Science (2019). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aaz9010


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