네안데르탈인(4) : 지구의 지배자 인간(4)

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수생유인원 이론이 힘을 받은 것은 사바나 가설에 반대되는 이론을 자연스럽게 흡수할 수 있기 때문이다. 물론 침팬지, 고릴라 등 유인원과 인간이 공통조상에서 분류되어 전혀 다른 경로로 진화되었다는 점에는 사바나 가설이나 수생유인원 이론이나 다를 바가 없다. 수생유인원 이론은 유인원과 인간의 공통조상에서 인간이 분리된 후 인간들은 유인원과는 달리 어느 정도 물에 잠긴 서식지에서 몇 백만 년 동안 살았기 때문에 이들과 다른 진화과정을 거쳤다는 것이다.

마이클 크로퍼드 박사는 1989년 『원동력 : 식량, 진화, 미래』에서 인류 진화에 물이 얼마나 중요한 역할을 했는지를 다루었다. 그는 호미니드의 특징인 커다란 뇌가 발달하려면 DHA(Docosa Hexaenoic Acid)라는 화학물질이 필요하다고 강조했다. 그런데 사바나에서 구할 수 있는 식량에는 DHA가 부족하다는 것이다. DHA는 등푸른 생선에 많이 포함되어 있는데 머리가 좋아진다고 알려져 장수 식품으로도 각광받는 물질이다. 특히 DHA에 포함된 오메가 3계열의 지방산과 오메가 6계열의 지방산은 사람에게 유익한 기름으로 알려져 있다.

동물들은 갑작스럽게 변한 자연환경에 적응하기 위해서 여러 가지 기술을 도입하는데 그 중에서도 가장 중요한 것은 외기온의 변화에 가능하면 영향을 크게 받지 않는 구조로 변하는 것이다. 그것은 외기가 춥거나 더울 때 적절하게 대응한다는 것을 의미하는데 가장 좋은 방법은 열을 차단할 수 있는 단열구조를 갖는 것이다.

그런데 육상 포유동물의 경우 체모가 좋은 단열재 역할을 하는 반면 물 속에서는 지방층이 좋은 단열재다. 그런데 인간은 영장류 가운데서 가장 지방이 많다. 다른 영장류보다 무려 10배나 많은 지방세포를 지니고 있다. 다량의 지방이 필요한 동물은 두 종류다. 하나는 동면을 하는 동물이고 다른 하나는 물 속에서 사는 동물이다. 인간이 동면하지 않는 것을 보면 물 속에서 사는 동물과 같은 구조를 갖고 있다는 것이다.

학자들을 더욱 놀라게 하는 것은 육상 포유동물이 주로 내부에 지방을 저장하는데 반하여 인간은 수생동물들처럼 주로 피부 밑에 지방을 저장한다는 점이다. 이런 형태의 지방은 사바나 같은 환경이 아니라 수생환경에서 발달했다는 것이 보다 합리적이라는 설명이다.

이 이론은 약 500만 년 전 아프리카에서 일어난 대홍수의 산물이라고 추정한다.

갑작스런 서식지 변화가 초기 인류들을 새로운 방향으로 진화하도록 강요했고 그 결과 현재의 인류가 탄생했다는 것이다. 그러나 수생유인원 가설에 반론이 없는 것은 아니다. 가장 큰 지적은 물 속에서 인간이 성공적으로 적응하고 있는데 왜 물을 버리고 육지로 상륙했느냐는 것이다. 물개나 해마와 같은 수중 젖먹이동물들처럼 지느러미를 가지는 진화가 보다 효율적이라는 설명이다.

현재 수생활을 하는 많은 다른 종류의 동물들이 영장류와 같은 신체적인 특징을 지니고 있지 않는 것을 볼 때 영장류의 앞에 설명한 특징이 반드시 물 속 생활과 연관된다고 단언하기 어렵다는 설명도 있다. 더군다나 이를 증명해 줄 뚜렷한 과학적 증거가 뒷받침되지 않아 이 이론은 잠복해 있는 상태로 볼 수 있다.

 

<차별되는 유전자 조절방식>

근래 과학기술의 총아인 DNA 분석은 매우 놀라운 사실을 알려준다. 인간의 유전자와 침팬지와 거의 같다는 연구결과로 그동안 겉보기에 사촌쯤으로 알고있던 고릴라와 오랑우탄보다 인간과 침팬지간의 관계가 훨씬 가깝다는 것을 의미한다.

과학자들은 어떤 유전적 차이가 인간과 침팬지 사이에 관찰되는 차이가 생겼는지 큰 틀에서 세 가지 추론을 만들었다.

첫째는 DNA 상의 염기는 3개가 하나로 묶여 한 개의 아미노산을 지정하는데, 같은 아미노산이라도 이를 지정하는 염기서열(코돈)은 여러 종류가 있다. 즉 다른 염기서열일지라도 같은 아미노산을 지정할 수 있다는 뜻이다.

둘째는 인간과 침팬지에서 만들어지는 단백질의 차이점이다. 같은 단백질일지라도 인간과 침팬지에서는 이를 가공하는 패턴에 미묘한 차이가 있다. 단백질은 DNA에서 만들어진 후 성숙과정이나 변모과정을 거쳐야 비로소 기능을 가진 단백질로 만들어진다. 그런데 이 과정에서 인간과 침팬지 사이에 미묘한 차이가 있고, 이 차이가 표현형 차이를 만들어내는 것이다.

마지막으로 중요한 추론 하나는 인간과 침팬지에서 단백질이 발현되는 양상과 시기의 차이다. 이 차이는 게놈 내 유전자의 중복과 소실, 의미 없는 유전자의 반복적인 삽입과 중복 등의 차이에 의해 발생한다. 이런 추론에 대한 확인은 인간을 포함한 침팬지, 고릴라 등의 게놈을 정밀히 분석하고 비교함으로써 보다 정확하게 알려질 것으로 생각한다.

학자들은 유사한 유전자가 많음에도 천양지차의 행태를 보이는 것은 유전자가 조절되는 방식이 다르기 때문으로 설명한다. 미국 콜드 스프링 하버 연구소(CSHL)의 아담 지펠(Adam Siepel) 교수는 인간과 침팬지, 히말라야 원숭이 등 세 종의 영장류에 대한 연구에서 유전자 조절 증강자(gene enhancers)와 촉진자(gene promoter)로 불리는 조절 DNA(regulatory DNA)에 초점을 맞췄다. 촉진자들은 유전자의 ‘상류’에 자리하고 있어 발현 스위치가 켜진 유전자들을 위해 활성화되도록 되어있다.

유전자 조절 증강자는 이들이 조절하는 유전자의 ‘상류’ 및 ‘하류’의 다양한 거리에 위치할 수 있다. 증강자는 촉진자보다 유전자 몸체에서 훨씬 멀리 떨어져 있을 수 있으나 유전체를 포장하는 염색질의 고리 모양 구조 때문에 유전자 가까이로 올 수 있다. 때때로 여러 증강자들은 다른 환경에서 다른 조합으로 주어진 유전자의 활성화에 관련된다.

아담 지펠 교수는 단일 세포 형태인 면역시스템의 CD4+ T세포를 연구해 세 영장류 종에서 세포가 정지상태에 있을 때와 활성화 상태에 있을 때의 RNA 복제 수준을 비교했다.

실험 결과 CD4+ T세포에서 세 종의 유전자 활성화 상태는 비슷했으나 유전자가 조절되는 방식에 매우 흥미로운 차이가 있었다. 지펠 교수는 증강자 무리가 하나로 뭉쳐 표적 유전자 발현에 공동으로 영향을 주는 것에 특히 주목하며 다음과 같은 사실을 발견했다.

 

‘이렇게 뭉치는 앙상블들은 크기가 다양하다. 크기가 크면 표적 유전자의 발현 수준은 진화하는 시간 동안에 안정적인 경향이 있고, 반면 작으면 발현 수준이 덜 안정적인 것으로 나타났다.’

 

유전자 발현에서의 안정성은 과학자들이 진화적인 보존, 즉 그 이점 때문에 종 전체에 걸쳐 나타나는 특성의 보존이라 부르는 일종의 증거다. 지펠 교수는 진화하는 동안 유전자 발현 프로그램이 어떻게 변화해 인간과 다른 영장류 간의 행동과 모양 차이를 이끌어냈는지를 보여준다는 설명이다.

 

<차별있는 두뇌>

인간이 다른 동물과 특별히 다른 것은 두뇌다. 그런데 근래 인간의 두뇌를 크게 만들어 다른 동물과 구별되는 인지 발달을 촉진하는 3개 유전자가 발견된다. 이 유전자들은 약 300만〜400만 년 전에 출현했으며 오직 인간만이 가진 것으로 나타났다.

미국 산타크루즈 캘리포니아대학의 데이비드 하우슬러 박사는 ‘NOTCH2NL’로 불리는 거의 동일한 3쌍의 유전자가 대뇌피질의 줄기세포가 신경세포 배아로 전환되는 것을 늦춰 결과적으로 두뇌 발달과정에서 더 많은 신경세포를 만들게 했다고 발표했다.

NOTCH2NL는 인간에게서만 발견되며, 대뇌피질의 신경 줄기세포에서 집중적으로 발현하는 것으로 나타났다. 대뇌피질은 인지와 기억, 언어, 의식 등 가장 고차원의 정신 기능을 담당한다. 하우슬러 박사는 인간의 두뇌는 대뇌피질의 특정기능 부위가 확장돼 3배로 커졌으며, 이는 우리가 인간이 되게 하는 기본적인 기질이라고 설명했다.

인간에 가장 가까운 고릴라와 침팬지의 경우 NOTCH2NL의 비기능적 버전을 가진 것으로 나타났다. 이 유전자는 핵심적인 신경발달 유전자인 ‘NOTCH2′의 부분적인 복제로 생겨났으며, 유전자전환(Gene Conversion)으로 불리는 유전적 재조합 과정을 통해 치료됨으로써 정상적으로 기능한다. 이들이 중요한 것은 이 시기가 300만〜400만 년 전으로, 인류의 두뇌가 커지기 시작한 무렵이다. 특히 인류의 직접적인 조상으로 여겨지며 ‘루시’로 불리는 원인(猿人) 오스트랄로피테쿠스 아파렌시스가 살던 시기이며 이후 출현한 네안데르탈인과 데니소바인이 이 유전자를 가졌음은 물론이다.

하우슬러 박사는 NOTCH2NL 유전자는 기능이 활성화된 뒤, 인류가 네안데르탈인에서 갈라져 나오기 전에 두 차례 더 복제하게 됐다며 NOTCH2NL계 유전자가 거의 비슷하지만 3개가 된 이유를 설명했다. 특히 브뤼셀 자유대학의 피에르 반데르하겐 박사는 태아의 두뇌발달 기간에 활성화되는 유전자로 NOTCH2NL를 지목했다.

반데르하겐 박사 연구팀은 인간의 대뇌피질 발달 과정에서 활성화되는 인간 특유의 유전자 35개를 찾아냈으며, 이 중 피질의 줄기세포로 신경세포를 생산할지, 아니면 더 많은 줄기세포를 만들지를 통제하는 과정에서 NOTCH2가 중요한 역할을 한다는 점에서 그 후손 격인 NOTCH2NL의 역할에 주목했다.

똑바로 서서 걷는 것과 크게 늘어난 뇌의 용량, 잘 발달한 언어는 인간이 인간답게 진화하는 것을 도와주었다. 엄밀히 말하면 두 발로 서는 것이 사람과 동물로 적응하는 첫 단계였다. 그것은 아마도 환경의 변이에 따른 결과로 보인다.

뇌 용량의 증가는 아무리 강조해도 지나치지 않다. 오늘날 인간의 뇌의 크기는 1400∼1500cc인데 침팬지의 뇌는 400cc에 지나지 않는다. 침팬지의 뇌는 오스트랄로피테쿠스의 모든 종류의 뇌 크기와 비슷하다. 사람속(屬)으로 진화하면서 크기가 늘어난 것은 오직 뇌뿐이다. 더욱 중요한 것은 뇌의 구조에 일어난 변화다. 그 이유는 인식, 학습, 지능, 통합 능력이 모두 대뇌피질 안에 있는 ‘뇌수’의 발달과 연결되어 있기 때문이다. 대뇌피질은 엽(葉)으로 나누어져 있는데 그 엽도 부위에 따라 기능이 다르다.

이런 뇌의 구조는 인간의 진화에서 세 번째 단계인 언어에 영향을 미쳤다.

두개골 안쪽 벽의 뇌 형태를 볼 때 호모 하빌리스의 뇌가 이미 특수 기능을 가진 부분으로 나누어져 있었던 것은 사실이다. 후대에 태어나는 네안데르탈인과 직립 원인의 발음기관을 재현하고 발음 잠재력을 모의 실험한 결과 이들은 중요한 모음을 발음하지 못했다. 그들은 후두가 이상하리만큼 깊은 곳에 자리 잡고 있었기 때문에 발음하기에 적합하지 않았다. 그런 구조는 상당히 불리했다. 숨이 막힐 위험이 높고 호흡도 어렵게 만들기 때문이다. 진화론적인 관점에서 볼 때 언어 기술이 얼마나 중요했는지를 단적으로 보여주는 대목이다.

일부 학자들은 인간의 과거가 생각보다 똑 부러지게 알려지지 않는 것이 많이 있다는데 신비가 들어있다고 설명한다. 인간의 진화를 말끔하게 설명해 줄 공간은 많이 남아 있다는 것이다. 과학은 이래서 재미있고 또 연구할 가치가 있다고 생각된다. 많은 사람들이 이에 도전하기 바란다.