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32.4:

유전적 부동

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Biologia
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Genetic Drift

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진화에 대한 일반적인 오해는자연 선택이 진화에 필수라는 것이다그런데, 항상 그런 것은 아니다유전변이라는 기제는 진화가 자연 선택 없이발생하는 예이다그것의 정의는 우연에 의해서 모집단의 대립 형질 빈도에서발생하는 변화이다이를테면, 기린 모집단을 예로 생각하고황갈색과 갈색 대립 형질이두 개의 다른 색깔의 구슬로 표시한다고상상을 해보자.여기서 가정은 각 색깔이 시작은 똑같이 풍부하다는것이다.이 모집단에서 새로운 세대로시작을 하면 필요한 것은개인 쌍들을 기르고 쌍당 4개의 대립 형질을선택하는 것이다.번식용 한쌍을 무작위로 선택하면각 색깔당 2개의 구슬로 끝이 날 것이다.하지만, 순전히 우연으로 어떤 쌍들은한 색 혹은 세 가지 색의 구슬과 나머지 중의 하나를갖게 될 것이다.여러 쌍에 대한 이러한 우연한 편차의 의미는다음 세대가 더 이상 각 대립 형질을 똑같이혼합하여 갖지는 못할 것이라는 것이다.이렇게 시간에 따라 상대적인 대립 형질 빈도가 변하는 것을유전변이라고 정의한다.어떤 형태의 유전변이는 급진적으로대립 형질 빈도를 바꿀 수 있다.병목 효과와 창시자 효과가극단적인 유전변이의 그러한 예이다.병목 효과가 일어나는 것은 모집단의 크기가하나 이상의 세대 동안 유의하게 줄어들 때 일어난다.비유로 설명이 가능한데 여러 개의 색깔, 즉 대립형질의구슬이 들어 있는 병을 예로 들어 보자.병이 뒤집어지면 병목 현상이 일어나고, 몇 개의구슬만이 무작위로 떨어진다.이 구슬 집단 즉 생존 모집단은이어서 새로운 모집단을 만들어 내는데, 원래의모집단을 대표할 것 같지는 않다.새로운 모집단이 보여주는 것은 유의하게 줄어든유전적 다양성인데, 바로 극단적인 유전변이다.자연 재해와 과도한 사냥이그러한 병목 효과를 일으킬 수 있다.충분히 큰 모집단은 보통 다양성에크게 타격을 입지 않고 그러한 사건을 견녀낸다.그런데 작은 모집단은 수 세대 동안 혹은 영원히망가질 수가 있다.두 번째의 극단적인 유전변이, 즉창시자 효과에서는 모집단의 작은 부분들이자리를 옮기고, 고립되고 새로운 “창시자 모집단”을만들어내는데 그 결과는병목 효과를 상기시켜준다.새로운 모집단은 본래의 모집단을대표하지 않는데, 그 이유는 그들이 유전적으로덜 다양하기 때문이다.그러므로, 적응 진화처럼대립 형질 빈도가 변하여 환경에 적합한 특성을선택하는 것이 아니라이를테면, 멜라닌이 더 많은 무당벌레가 더 추운 기후에서더 잘 생존하는데, 열을 흡수하는 개선된 능력 때문이다그와는 달리, 유전변이가 나타내는 진화의 형태는순전히 확률론적 변화에 기인한다.이를테면, 파국적인 사건이나 이주로 인한모집단 일부가 무작위적으로 제거되는것이다.

32.4:

유전적 부동

아마도 가장 잘 알려진 진화 기작인 자연선택(natural selection)은 생존과 생식을 향상시키는 형질(trait)의 유행을 증가시킵니다. 하지만, 진화는 단지 호의적인 형질만 전파하는 것이 아니며, 항상 집단에 이익이 되는 것도 아닙니다.

삶은 공평하지 않습니다. 들판에서 만족스럽게 풀을 뜯고 있는 사슴은 번갯불에 의해 식사가 비극적으로 중단될 수 있습니다. 만약 이 불운한 사슴이 3마리밖에 없었던 집단의 개체 중 하나라면, 그 집단의 유전자 풀(gene pool)은 1/3이 사라집니다. 이와 같은 무작위 사건은 한 집단에, 때론 여러 세대 동안 지워지지 않을 정도로 영향을 미칠 수 있습니다. 이 진화 기작을 유전적 부동(genetic drift)이라고 부릅니다.

유전적 부동은 우연한 사건으로 인한 집단 내 대립유전자 빈도(allele frequency)의 변화입니다. 대립유전자는 유전자의 변이(variation)이며, 그 빈도는 대립유전자를 가진 집단 내 개체의 비율입니다. 유전적 부동은 유리한 대립유전자, 중립 대립유전자, 그리고 유해한 대립유전자의 빈도를 똑같이 바꿀 수 있습니다.

유전적 부동은 충분히 큰 집단에겐 극적으로 영향을 미치지 않습니다. 이는 부동이 고립된 상태에서 일어나는 것이 아니라 자연선택과 같은 다른 진화적 기작과 함께 일어나기 때문입니다. 큰 집단은 많은 개체를 잃을 수 있지만, 남아있는 유전자 풀은 자연선택이 작용하기에 충분히 다양합니다.

한편, 유전적 부동은 작은 집단의 유전적 다양성을 급격히 감소 시켜 표본오차(sampling error)를 일으킬 수 있습니다. 표본오차는 추출된 표본이 집단을 대표하지 않을 때 발생합니다. 집단의 일부가 제거었을 때, 남은 구성원들은 원래 집단의 유전적 다양성의 일부만을 나타낼 수 있습니다. 일반적으로 더 큰 표본이 더 대표적이기 때문에 과학자들은 실험을 위해 표본 크기를 최대화합니다.

유전적 표류의 두 가지 극단적인 예는 자연재해와 같은 재앙적인 사건으로 인한 병목현상(bottleneck effect)과 군체형성(colonization)으로 인한 창시자 효과(founder effect)입니다. 두 경우 모두, 더 큰 집단에서 파생된 작은 집단은 표본오차를 일으켜 진화로 이어지는데, 때로는 덜 유리한 형질에서 비롯되기도 합니다.

Leitura Sugerida

Andrews, C. A. (2010) Natural Selection, Genetic Drift, and Gene Flow Do Not Act in Isolation in Natural Populations. Nature Education Knowledge. 3(10):5. [Source]

Pray, L. (2008) Genetic drift: bottleneck effect and the case of the bearded vulture. Nature Education. 1(1):61. [Source]