<다윈, 아인슈타인에 필적하는 업적>
카머러, 리센코, 맥클린토크의 형질변경 이론은 20세기에 들어서 유전자분야가 이룩한 2가지 업적으로 일컬어진다. 또 다른 연구는 왓슨과 크릭의 DNA 나선구조 발견이다. 맥클린토크의 형질변경이론이 민주진영과 공산진영의 이데올로기 싸움으로 범벅이 되어 엄청난 비난을 받았지만 오히려 그 때문인지 그녀는 새 시대를 연 과학자들인 파스퇴르, 멘델, 퀴리, 다윈, 아인슈타인 등과 함께 위대한 탐험가, 개척자, 발견자 들 부류에 합류한다. 형질변경이론이 얼마나 과학계에 큰 비중을 갖고 있는지 알려주는 대목이다.
맥클린토크가 최초의 논문 발표로부터 무려 32년이나 지나서 노벨상을 수상한 것도 색다른 기록에 들어간다. 형질변경에 있어 카머러, 리센코는 맥클린토크와 궤를 같이하므로 리센코가 노벨상을 받았을까하는 질문이 제기된 적이 있다. 이 문제에 관한 한 그야말로 극과 극으로 대답이 갈리는데 한 측에서는 그가 공산주의와 밀착하여 소련의 학계를 초토화했기 때문에 절대로 받아서는 안 된다고 주장한다. 반면에 그의 형질변경이론은 소련의 작물 증진 여부와는 다른 이야기인데다 그동안 학자들이 그토록 바라마지 않던 절대절명의 이론을 증명한 것이므로 당연히 수상해야 한다는 설명이다.
이 문제는 상당히 풀기 어려운 속성을 갖고 있는데 노벨상위원회에서는 걱정할 필요가 없었다. 카머러는 1928년, 리센코가 1976년에 사망하였기 때문이다. 노벨상은 사망한 사람에게는 수여하지 않는다.
카머러와 리센코는 자신이 ‘참’이라고 믿을 것을 부정당하며 오욕을 감수하며 결국 세상을 떠났다. 그러나 현대 과학자들은 카머러의 연구 결과도 참이라고 인정하고 있다는 점이다. 아쉬운 것은 카머러가 그의 연구가 참이라는 것을 확신했으면서도 자살로 마무리했는데 그 점에 관한 한 그가 다소 성급했다고 볼 수 있다. 물론 자신의 이론이 참이라는 것이 매클린토크의 첫 논문으로 알려지기 까지는 약 25년, 노벨상으로 인정되기 까지는 최소한 60년을 기다려야하지만 그래도 자신이 참이라고 믿었던 주장이 거짓이 아니라는 것을 확인할 수 있었을 것이다.
종교적 근본주의에 뿌리를 둔 창조론자들이 진화론자에 대항할 수 있었던 것은 획득형질은 쉽사리 유전되지 않는다는 이론에 기초를 둔 것이다. 그런데 창조론자들이 적시적소에 사용하던 절대적인 이론이 맥클린토크의 이론에 의해 근본부터 부정되자 다윈이 태어난 이래 계속적으로 논쟁을 벌려왔던 진화론과 창조론의 논쟁은 드디어 종지부를 찍는다. 1996년 로마 교황은 교황청 과학아카데미에 ‘새로운 지식에 비춰볼 때 진화론이 단지 가설에 불과한 것이 아님이 인정된다’고 공식 교서를 내린 이유다.
문제는 그렇게도 자유진용으로부터 공격받았던 리센코의 주장이 과학적 측면에서 ‘참’이라는 점이다. 그가 끝까지 주장해던 형질변경이론은 공산당의 이론으로 조작된 것도 아니었고 오히려 서방측 즉 민주진형이 정치적으로 이용하고 매도한 것이다.
과학의 맹신과 무지가 이데올로기와 접목될 경우 결론이 어떻게 될지 모르는 예로 제시되기는 하지만 과학적인 면만 보면 카머러, 리센코가 오히려 피해자라 볼 수 있다. 이런 예를 보면 현재의 순간, 과학의 절대적인 ‘참’으로 인정되는 것도 변할 수 있다는 것을 인정해야 한다는 것이다. 우리들이 알고 있는 과학지식은 그만큼 초보적이라는 뜻이다.
<진화는 고속으로 일어난다>
맥클린토크가 옥수수를 통해 노벨상을 수상함으로써 단시간에 형질변경이 일어날 수 있다는 사실이 확실하게 자리 잡자 학자들은 다른 분야에서 형질변경의 증거를 찾기 시작했다. 놀랍게도 진화는 과거 학자들이 생각한 것보다 고속으로 일어나고 있다는 증거들이 차곡차곡 쌓이기 시작했다. 다윈이 1835년 갈라파고스 섬에 첫발을 디딘지 170년 밖에 되지 않았는데도 진화가 상상보다 빨리 일어나는 것을 바로 갈라파고스 섬에서 보여주고 있다는 것을 학자들은 발견했다. 임소형의 글에서 많은 부분을 인용한다.
다윈이 가장 크게 관심을 보였던 것은 13종의 갈라파고스 핀치이다. 핀치는 씨앗, 곤충, 과일, 나뭇잎 등을 먹는데, 특이하게도 먹이에 따라 부리의 높이나 폭, 모양이 제각각이다. 씨앗 중에도 크고 단단한 것을 먹는 핀치의 부리는 튼튼하고 뭉툭하며, 작고 연한 씨앗을 먹는 핀치의 부리는 작고 예리하다.
1930년대에 갈라파고스를 찾은 영국 조류학자 데이비드 랙 박사는 크기나 강도가 비슷한 씨앗을 먹는 핀치 종들은 서로 경쟁하기 때문에 같은 공간에 함께 살지 못한다는 것을 확인했다. 적자생존의 원리에 따라 씨앗을 먹기에 좀 더 적합한 부리를 가진 종이 살아남고 먹이를 뺏긴 종은 도태된다. 반면 크기나 강도가 다른 씨앗을 먹는 핀치들은 경쟁할 필요가 없으니 같은 공간에서도 각자 환경에 적응하며 살 수 있다는 것이다.
그런데 1970년대부터 30년 넘게 갈라파고스 제도 한가운데에 있는 작은 섬 대프니메이저의 핀치를 연구한 미국 프린스턴대 진화생물학자 피터 그랜트와 로즈메리 그랜트 교수 부부 연구팀은 더 극적인 진화를 목격했다. 갈라파고스가 세계의 이목을 끌어 관광지로 변하는데다 섬의 환경이 건기와 우기를 반복하면서 핀치들이 해마다 진화한다는 것이다. 연구가 한창이던 1977년 갈라파고스는 비 한 방울 내리지 않았는데 가뭄이 계속되면서 짝짓기 횟수가 줄어 핀치의 총 수가 점점 감소했다.
가뭄이 끝난 후 연구팀은 살아남은 포르티스(핀치의 한 종)들의 부리 높이가 가뭄 전보다 평균 0.5밀리미터 정도 늘어난 사실을 발견했다. 가뭄 동안 씨앗의 평균 크기와 강도가 증가해 크고 단단한 부리를 가진 녀석이 유리해졌기 때문이다. 불과 수년 만에 큰 부리를 가진 포르티스가 ‘선택’받은 것이다.
그런데 1983년 갈라파고스는 엘니뇨로 한바탕 몸살을 앓았다. 남아메리카 서쪽 해안으로 따뜻한 해류가 흘러들어와 수온이 올라가고 많은 비가 쏟아져 내리자 작은 씨앗은 풍작이었고, 큰 씨앗은 흉작이었다. 가뭄으로 한바탕 혼이 난 포르티스들은 격렬하게 짝짓기를 하여 개체수들이 급격하게 늘어났는데 이들의 부리를 측정한 연구팀들은 놀라지 않을 수 없었다. 가뭄 때와는 반대로 작은 부리의 핀치가 늘어난 것이다.
갈라파고스의 자연이 큰 부리를 선호했다가 다시 작은 부리에게로 돌아선데 걸린 기간은 불과 십 수 년에 지나지 않았다. 그 후 영국 에든버러대 조프리 하퍼 교수와 미국 뉴욕대 마리아와 요셉 백볼기 교수 부부는 자연선택 이외에 잡종교배도 핀치의 부리 형태를 바꿀 수 있다는 연구결과를 발표했다.
과거 다윈은 핀치들이 제도 내 각 섬에 고립된 채 다양한 모양의 부리를 가진 종으로 진화한다고 생각했다. 하지만 하퍼와 백볼기 교수 연구팀에 따르면 핀치들 중 일부는 섬에서 섬으로 이동하면서 타향에서 새로운 배우자를 만나 짝짓기를 하면서 짧은 시간 내에 더욱 다양한 종이 생긴다는 것이다.
다윈의 핀치가 유전자분야에서 워낙 유명하므로 하버드 대학의 아르핫 압사노프와 하버드 의대의 클리프 테이번은 새 부리 모양의 일부를 결정하는 유전자들을 밝혀냈다. 유전자는 세포에 의해 활성화되면 특정 단백질을 만드는데 그들은 배아 상태에서 형성되고 있는 핀치의 턱에서 BMP4라는 단백질을 담당하는 유전자가 활성화될 때 부리가 넓적하고 우묵해진다는 사실을 발견했다. 이 유전자는 튼튼한 부리로 큰 씨앗이나 견과를 깨서 먹는 큰땅핀치에서 가장 강력하게 발현된다. 한편 길쭉한 부리를 이용해 선인장 열매 속의 씨를 찾아 먹는 큰선인장핀치에서는 칼보듈린이라는 단백질을 생성하여 가는 부리를 만든다.
갈라파고스 이외에도 지구 곳곳에서 빠르게 일어나는 진화가 목격되었다. 1970년대 후반 미국 동물학자 조너던 로소스 박사는 큰 나무가 우거진 바하마 군도에 사는 ‘아놀리스 사그레이’라는 도마뱀 몇 마리를 키 작은 덤불만 자라는 고립된 섬으로 옮겨놓았다. 새로운 환경에서 도마뱀은 과연 멸종하지 않고 버틸 수 있을까가 관건이었다. 놀랍게도 20년 후 도마뱀 수는 오히려 늘어났다. 대신 큰 나무가 많던 고향에 살았을 때보다 도마뱀의 다리가 훨씬 짧아졌다. 작은 나무가 많은 환경에 적응하기 위해 20년 만에 체형이 ‘쑛다리’로 바뀐 것이다.
미국 캘리포니아주립대 데이비드 레즈닉 박사 연구팀은 1980년대 초 카리브해의 트리니다드섬에 사는 ‘포에실리아 레티쿨라타’라는 민물고기를 대상으로 흥미 있는 실험을 했다. 이 민물고기는 천적인 육식물고기가 서식하는 강의 하류에 산다. 연구팀은 민물고기 몇 마리를 천적이 없는 상류로 옮겨봤다. 11년쯤 지나자 상류로 옮긴 민물고기들이 하류 민물고기보다 몸집이 훨씬 커지고 수명도 길어졌다. 놀라운 것은 짝짓기 시기가 늦어져 새끼 수도 줄었다는 점이다. 하류에 살 때는 천적에게 잡아먹힐 것에 대비해 성장과 번식에 박차를 가했지만, 상류에서는 그럴 필요가 없어졌기 때문이다. 불과 11년 만에 환경에 적응해 습성을 바꿔버린 셈이다.
진화가 고속으로 생긴다는 중요한 증거로 제시되는 것은 영국의 공업지대에 서식하는 자작나무나방이다. 이 나방은 원래 은빛이 나는 흰색이었고 색깔이 비슷한 자작나무에서 살았다. 나방의 적인 새들의 눈에 잘 띄지 않기 때문이다.
그런데 시간이 지나면서 자작나무나방들이 검은색으로 변하기 시작했다. 학자들이 놀란 원인은 간단했다. 극소수이기는 하지만 자작나무나방 가운데 검은 나방은 원래부터 있었다. 그런데 공업지대에 의해 자작나무들이 대기오염으로 검은색으로 변하기 시작하자 검은나방은 보호색이 되었고 흰나방은 그렇지 않으므로 새들에게 무자비하게 잡아먹히는 바람에 검은나방들은 상대적으로 더 많이 번식할 수 있게 된 것이다.
1994년 브리티시컬럼비아 대학의 연구에 의하면 새로운 경쟁자가 나타나 다른 생태학적적소로 내쫓긴 가시고기 집단이 겨우 몇 세대 만에 그 모양과 먹이 습성이 변했다고 보고했다. 이처럼 생물들은 생각보다 빨리 환경에 적응해왔고, 자연은 그 중 가장 적합한 종을 선택했다. 프랑스 피에르&마리 퀴리대학교 진화생물학자 안데르스 파프 묄러 박사 연구팀은 이 같은 자연선택뿐 아니라 성선택도 진화를 가속화시킨다고 주장했다.
그들이 주목한 생물은 제비이다. 암컷 제비는 꼬리가 긴 수컷을 선호한다. 꼬리 깃털이 자라려면 에너지가 많이 필요하므로 꼬리가 길수록 건강하다는 얘기가 된다. 연구팀은 지난 20년간 수컷 제비의 꼬리 깃털이 1.14센티미터나 길어졌다는 것을 발견했다. 암컷에게 선택받으려고 혈안이 된 수컷들은 좀더 ‘섹시’하게 보이는 방향으로 ‘서둘러’ 진화한 것이다.
암컷의 배우자 선택이 진화의 원동력이 된 사례는 동아프리카에서도 찾아볼 수 있다. 네덜란드 라이덴대 올레 제하우젠과 프란스 비테 박사 연구팀은 빅토리아 호수에 서식하는 ‘시클리드’라는 물고기가 불과 약 1만2000년 만에 자그마치 500종으로 분화했다는 것을 밝혀냈다. 핀치가 종마다 부리 형태가 다르듯 수컷 시클리드는 비늘 색깔이 각양각색이다. 암컷 시클리드는 각자 선호하는 색깔의 수컷을 배우자로 고르며, 마음에 들지 않는 수컷과는 짝을 짓지 않는다. 수컷 시클리드가 암컷의 눈높이에 따라 다양한 색깔을 띤 종으로 분화한 것이다.
그런데 학자들이 주목하는 것은 조류를 먹고 사는 종은 수초를 끌어당기거나 뜯어 먹기 좋게 이가 촘촘히 난 반면 달팽이를 먹고사는 종은 단단한 껍질을 깰 수 있도록 두껍고 강한 턱이 발달했다. 그런데 턱을 두껍게 하는 유전자는 단밸질 BMP4를 만드는 유전자로 갈라파고스 땅핀치의 부리를 우묵하고 넓적하게 만드는 유전자와 동일했다. 동떨어진 대륙에 사는 새와 물고기에서 같은 기능을 하는 동일한 유전자를 발견한 것이다. 모든 생물이 공통조상에서 유래했다는 다윈의 진화론은 이것 하나라도 충분히 신빙성을 보장받을 수 있다는 설명이다.
그렇다면 인간 자신은 과연 자연선택으로부터 자유로울까하는 의문이 제기된다. 2002년 영국 주간지 <옵서버>는 「인류는 진화의 정점에 도달했는가」라는 물음에 대한 전문가들의 의견을 보도했다.
최근 환경에 가장 잘 적응하는 인류가 살아남는 자연선택이 ‘실시간으로’ 벌어지고 있다는 연구결과들이 나와 진화옹호론자들의 손을 들어줬다. 대표적인 사례가 우유 속의 젖당을 분해하는 능력이다. 인간은 성인이 되면 우유를 잘 소화시키지 못한다. 어릴 때는 체내에 젖당분해효소가 많이 만들어지지만 자라면서 점점 줄어들기 때문이다.
핀란드 헬싱키대 리나 펠토넨 교수 연구팀은 4800~6600년 전 우랄산맥에 살던 사람들이 성인이 돼서도 젖당분해효소가 만들어지게 하는 돌연변이 유전자를 갖고 있었다는 사실을 밝혀냈다. 목축업의 비중이 큰 유럽이나 중동 사람들이 성인이 돼서도 우유를 잘 마시는 것은 이 유전자를 갖고 있기 때문이라고 한다. 펠토넨 교수는 ‘이 돌연변이는 아마도 우연히 일어났을 것이다. 우유에서 영양을 섭취할 수 있는 사람은 생존에 유리했기 때문에 이들이 선택돼 다수가 됐다’고 분석했다.
해발 4000미터가 넘는 고산지대에 사는 티베트인 사이에서도 자연선택이 이뤄지고 있다. 미국 캐이스웨스턴리저브대 신시아 비알 교수가 이들의 가계를 추적한 결과, 혈액 중 산소 농도가 높은 여성이 낳은 자녀가 성인이 될 때까지 살아남는 확률이 더 높다는 사실을 발견한 것이다. 고산소 여성의 경우 자녀가 어릴 때 사망한 수가 0.4명인데 비해 저산소 여성의 경우에는 무려 2.5명이나 됐다. 산소가 희박한 고산지대 환경이 인간에게 자연선택의 압력으로 작용한 것이다. 비알 교수는 ‘우리 눈앞에서 진화가 일어나고 있다. 이런 식이라면 2000년 뒤에는 히말라야인 모두가 고산소 유전자를 갖게 될 것이다.’라고 예측했다.
현재도 많은 자료에서 리센코는 매도되기 일수다. 그에 의해 주도되는 이데올로기 때문에 소련의 과학이 엉망으로 되었으므로 리센코와 공산주의는 당연히 책임을 져야한다는 설명이다. 그러나 리센코의 주장은 거짓이 아니라 ‘참’이었다. 리센코를 비난하던 서방의 학자들이 오히려 이데올로기에 집착하여 과학의 ‘참’을 ‘거짓’으로 포장한 것이다. 과학을 정치적으로 이용한 측은 공산측이 아니라 서방측이었다.
다행한 것은 과학은 이러한 오류를 교정시킬 수 있다는 점이다. 그토록 공산주의가 옹호하는 단시간 내의 형질변경을 주장하여 비난을 받았던 맥클린토크가 노벨상을 받은 것이 그 단적인 예이며 그토록 첨예하게 대립하던 진화론과 창조론이 종지부를 찍은 것도 과학의 힘이 있기 때문이다.
오늘날 과학교과서에서 리센코를 춘화처리법의 발견자로 기록하고 있으며 춘화처리법은 작물은 물론 화초를 재배하는 데 널리 사용하고 있다.
참고문헌 :
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