2011/08/04 19:06

세포 내 유전자들의 대립(1) Evolutionary theory

  유성 생식으로 번식하는 생물들은 (암수한몸이 아니라면) 대체로 암컷과 수컷으로 나뉜다.[1]  이 경우 암컷은 크기가 큰 생식 세포(보통 난자라 함)를 만들고, 수컷은 크기가 작은 것(보통 정자라 함)을 만드는 것으로 정의하는 것이 편리하다.  하지만 더 근본적이고 정확한 정의는, DNA 외에 미토콘드리아나 엽록체, 리보솜 등의 세포 소기관(organelle) 제공하는 것이 암컷이고 DNA만 제공하는 편이 수컷이라는 것이다.[2]  따라서 부담이 적은 수컷 생식세포 쪽이 크기가 작은 경향이 있다.

크기 한 번 비교해 보시라


  아래 그림에서 보듯이 수정이 일어날 때 정자의 미토콘드리아[3]는 난자 안으로 들어가지 못한다.  오직 정자의 DNA만이 난자 안으로 들어갈 수 있다.  왼편 위에서 오른편 아래로 진행하는데, 맨 오른쪽 그림에서 미토콘드리아가 남아 있음을 알 수 있다.

  [ source ;
http://en.wikipedia.org/wiki/Ovum ]

  왜 수컷의 세포 소기관을 수정란에서 전혀 사용하지 않는가 하는 문제는 뒤로 미루고(of course 동양방송), 이렇게 되면 좀 골치아픈 문제가 생긴다.  미토콘드리아나 엽록체 같은 세포 소기관에도 유전자가 있는데[4], 이 소기관 유전자의 입장에서 보면 수컷의 몸에 들어가면 인생(유전자생?) 종친 것이기 때문이다.

수컷은 세포 소기관 유전자에게는 지옥


  문제 ] 여러분이 세포 소기관 유전자라면 이 문제를 어떻게 해결하겠는가? 답내봐 짤짤짤~~~

해결책
 

  물론 세포 소기관 유전자가 의식이 있지는 않다.  하지만 '지옥을 피해 도망가는' 넘이 자연선택되었으며 이러한 '이기적' 행동은 충분히 관찰할 수 있다.

많은 경우 해결책이 이거....


  물론 위의 해결책은 종 전체로 보면 나쁘다.  하지만 유전자들은 그런 거 신경 안 쓴다는 거 명심하자.

  1. 주로 곤충에서 나타난 해결책 ; wolbachia.  한 마디로 수컷만 고자로 만든다.

  물론 세포 소기관 유전자가 wolbachia 오라오라 한 건 아닐 것이다.  하지만 이 넘은 단순 감염/기생 단계 이상으로 보인다.  그리고 행동 및 간접 증거로 볼 때 소기관 유전자와 뭔가 쿵짝이 맞았을 가능성이 있다.... (이 마지막 문장은 물론 漁夫의 추측이다.  하지만 전혀 가능성 없는 추측은 아니라고 본다)

  2. 기생충의 힘을 빌지 않고 직접 팔 걷고 나서서 수컷의 고자화....

  식물에서 이런 일이 종종 보이는데, 아래는 섬백리향이다.(source; here)
  한 예로 야생 백리향은 절반 정도가 자성(=암컷)이고 나머지는 자웅동체이다.  그런 군체들이 자성으로 향하는 일방통행로의 중간에 정지했다는 것은 소기관의 웅성(=수컷) 파괴 유전자와 핵의 생식 복구 유전자 사이에 투쟁이 계속되고 있다고 가정해야만 설명할 수 있다.

 - 'The red queen(붉은 여왕)', Matt Ridley, 김윤택 역, 김영사 간, p.167


  동물 뿐 아니라 식물도 소기관 유전자는 종치니까 마찬가지 현상을 볼 수 있다.

  3. 소기관에서 핵으로 도망 - 고자 안 만들어도 된다!
  
  핵 유전자는 암컷이건 수컷이건 상관 없이 전달되니까, 만약 소기관 유전자가 핵으로 갈 수 있다면 막장을 피할 수 있다.  실제로 이런 일이 일어나는데 그 빈도도 생각보다 상당히 높다.  담배목화 씨앗을 조사한 결과 대략 1620,000개의 씨앗 중 한 개 꼴로 엽록체미토콘드리아 유전자 일부가 핵으로 옮겨갔다고 한다.[5]

 ------------------

  세포 내에도 유전자가 여럿이고, 올라앉아 있는 곳도 꽤 여러 곳이 될 수 있기 때문에 각각의 이해 관계가 대립할 수 있다.  물론 대부분의 소기관 유전자는 이런 모험에 실패하는데, 핵 유전자가 자신의 이익에 도움이 되지 않는 행동을 억압하기 때문이다.  하지만 매우 자신의 일을 잘 해 보이는 단일 세포 내에서도 이해 관계의 대립이 완전히 해결되지는 않았음을 알 수 있다.
  다음 편은 사람에게서 나타난 상당히 극적인 사례를 다루겠다.

  漁夫

  Resources }
  1. 붉은 여왕
  2. [책-과학] 미토콘드리아

  그 외 잘 기억 안나는 생물 서적들.... -.-

  주}

 [1] 평생 동안 암컷과 수컷이 고정적일 필요는 없다.  특히 어류에서 한 개체가 암컷이 됐다 수컷이 됐다 하는 사례가 많다.
 [2] 파리 몇 종의 거대 정자는 크기만 보면 난자보다 압도적으로 크기 때문에 크기만 갖고 정의하는 것은 좋지 않다.
 [3]
정자는 다른 정자와 붙은 경주에서 이기는 능력이 절대적이기 때문에 에너지를 만드는 미토콘드리아가 반드시 있어야 한다.  그 절대수에서는 난자보다 적지만.
 [4] 다 아시다시피 미토콘드리아나 엽록체는 원래 자유 생활을 했었다.  그러다가 다른 세균과 공생을 하게 되었는데, 자유 생활을 할 때보다 지금은 유전자가 훨씬 적다.
 [5] 목화인지 옥수수인지 잘 기억이 안 나는데 집에서 수정하겠음 맞은 게 없네요 ㅈㅈ

.

닫아 주셔요 ^^


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덧글

  • 대공 2011/08/04 19:15 # 답글

    '이 소기관 유전자의 입장에서 보면 수컷의 몸에 들어가면 인생(유전자생?) 종친 것이기 때문이다.'
    이 문장이 이해가 안갑니다. 갑자기 수컷의 몸이라니...
  • lolicon 2011/08/04 20:23 #

    수컷의 몸에 들어간 소기관의 입장에서 보면, 난자와 정자의 수정단계에서 난자 안으로 들어가지 못하므로(정자의 유전자만 난자 내부로 들어가므로), 결국 파괴됩니다.
  • Graphite 2011/08/04 20:40 #

    좀 더 정확히 말하자면...
    유전자의 본령은 복제를 통해 유전자 풀 내에서 자신의 카피본을 늘리는 것인데, 수컷으로 들어간 소기관 유전자는 수컷의 소기관 자체가 수정시 버려지기 때문에 다음 세대로 전달이 안됩니다. 소기관 유전자는 핵에있는 게놈에서 복제되는게 아니라 자체적인 복제기구로 소기관이 알아서 복제하는지라 소기관이 사라지면 같이 사라지는거죠. 한번 수컷의 몸으로 들어가면 그 대에서 끝이니 유전자 입장에서는 그야말로 망한것.
  • 대공 2011/08/04 21:37 #

    아아 그 이야기군요. 전 또 수컷이 임신하나...이런 생각을;
  • 漁夫 2011/08/05 12:27 #

    이해하셨지요? 한 번 수컷에 들어갔다 하면 유전자생 시ㅋ망ㅋ 이거든요.......
  • 소드피시 2011/08/04 19:27 # 답글

    이런 종류의 전쟁을 보고 있다보면 실제 인간 세상의 전쟁(투쟁, 정쟁, 싸움 etc. It doesn't matter.)도 그닥 의식적인 행위처럼 보이지 않게 되는 부작용이 발생하더군요. (본인 경험담)
  • 漁夫 2011/08/05 12:27 #

    인간이 갈등 겪기 전에 이미 유전자들은 다~~
  • 푸른미르 2011/08/04 20:13 # 답글

    사람에게서 유전자가 어떻게 핵으로 들어가느냐 그게 핵심이군요.^^
  • 漁夫 2011/08/05 12:28 #

    그런데 의외로 간단하더군요. tbC~
  • 위장효과 2011/08/04 20:56 # 답글

    다른 문장보다도 "동양방송"에서 강렬한 분노를!!!!! (착검! 돌진~~~~~~~~~~~~!!!!!)=>나토워를 끊어야 하나...

    정자를 중시하는 입장에서는 "미토콘드리아? 그거야 뭐 에너지발생기관으로 이용하고 폐기처분하면 그만이지 뭐~~~."로 끝내지만 일은 그렇게 간단한 게 아니지요^^.

  • 漁夫 2011/08/05 12:28 #

    동양방송 × ∞ ㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎ

    네 미토콘드리아도 자기 유전자가 있는 이상, 자기 이익을 챙기려는 특성이 있게 마련이지요.
  • RuBisCO 2011/08/04 22:11 # 답글

    덕택에 육종에선 정말 좋죠. 저게 없었으면 육종할때 무쟈게 번거로워 지는 게 한두개가 아닌데
    식물이 알아서 고자가 되어주니 이렇게 좋은 자연현상이 있을수가!
  • 漁夫 2011/08/05 12:30 #

    어 그 정도까지 아시려면 어느 정도 업계인이셔야 할 텐데, 정말 업계인이십니까? @.@
  • RuBisCO 2011/08/05 13:49 #

    아 학생일 뿐입니다.
  • 효우도 2011/08/04 22:16 # 답글

    해결책이 고자라는게 잘 이해가 안가는군요. "날 남자놈한테 보내면 나혼자 죽는게 아니라 네들 모두 같이 죽는다!"라는 심정으로 남자를 고자로 만드는게 미트콘트리아의 해결책이 될 수 있다는 건가요?
  • 漁夫 2011/08/05 12:33 #

    정확히 말하면 그 넘들의 최종 목적은 '처녀생식' 또는 '모든 개체의 암컷화'라 해야겠지요. 이 단계에서 수컷을 없애거나 고자로 만드는 과정을 반드시 거치게 됩니다.
    이 때 상세한 설명은 밑의 Frey님 리플 보시면 될 것입니다.
  • 김남용 2011/08/04 22:58 # 답글

    저도 고자라는 부분이 잘 이해가 안됩니다.
    기왕 죽을거면 다 같이 죽자는 의미인건지...

    아니면 객체로서 인간은 고자지만, 종으로서 인간은 고자가 되어도 번식의 방법을 자연선택해서 어떻게든 번식을 할 것이라는 이야기인지...
    (인간이라 표현 하면 영 불가능 할것 같지만 식물이라면 고자 종이 갑자기 성전환을 일으켜서 암컷이 될 수 도 있을 것 같군요. 뭐 애초에 주1에서 암컷이 되었다 숫컷이 되었다 한다고 말씀셨긴 합니다만. ㅎㅎ )
  • Frey 2011/08/04 23:21 #

    2번 케이스를 보시면 이해가 쉬울 듯 합니다. 자웅동체가 암컷이 된다면 세포 소기관 유전자에게는 훨씬 이득이겠죠.

    그리고, 유전자에게는 의식이 없다는 점과 돌연변이는 무작위로 일어난다는 점을 이해하셔야 합니다. 수컷의 성을 결정하는 성염색체를 무력화시키는 돌연변이는 암수를 구분하지 않고 일어날 수 있으나, 암컷의 경우 해당 돌연변이는 작동하지 않고 다음 대로 유전될 수 있는 반면 수컷의 경우에는 작동하여 수컷을 고자화(...) 시키게 됩니다. 이 경우, 돌연변이가 존재하는 세포 소기관 유전자가 종 내에서 차지하는 비율이 어떻게 될지 생각해보시면 될 것 같습니다.
  • Frey 2011/08/04 23:25 #

    적고 나니 제가 낸 문제가 조금 어려운 듯 하여 해설을...

    1대의 경우 돌연변이가 일어난 수컷은 후손을 남길 수 없기 때문에 암컷만 후손을 남기게 되겠지요. 암컷이 새끼(2대째)를 낳으면 (세포 소기관은 기본적으로 암컷의 모든 후손에게 전달되므로) 2대 수컷은 고자가 되고, 2대 암컷만 생식을 할 수 있게 됩니다. 이런 현상이 지속될 경우 종 내에서 생식 가능한 집단만 비교할 경우 점차적으로 암컷의 비율이 늘어나게 되며, 따라서 세포 소기관 유전자에게는 이득이 되겠지요.
  • 漁夫 2011/08/05 12:44 #

    김남용 님 / 제가 급하게 포스팅을 쓰다 보니 약간 설명을 친절하게 안 한 탓이 큽니다.
    정확히 말하면 그 넘들의 최종 목적은 '처녀생식' 또는 '모든 개체의 암컷화'라 해야겠지요. 이 단계에서 수컷을 없애거나 고자로 만드는 과정을 반드시 거치게 됩니다. [2]

    Frey 님 / 감사합니다 ^^;;
  • Allenait 2011/08/04 23:16 # 답글

    해결책이 고자라는게 저도 잘 이해가 안가는군요
  • 漁夫 2011/08/05 12:45 #

    제가 급하게 포스팅을 쓰다 보니 약간 설명을 친절하게 안 탓이 큽니다. 정확히 말하면 그 넘들의 최종 목적은 '처녀생식' 또는 '모든 개체의 암컷화'라 해야겠지요. 이 단계에서 수컷을 없애거나 고자로 만드는 과정을 반드시 거치게 됩니다. [3]
  • RedPain 2011/08/05 08:21 # 답글

    해결책이 고자라는게 저도 잘 이해가 안 가는 군요. (2)
  • 漁夫 2011/08/05 12:45 #

    제가 급하게 포스팅을 쓰다 보니 약간 설명을 친절하게 안 탓이 큽니다. 정확히 말하면 그 넘들의 최종 목적은 '처녀생식' 또는 '모든 개체의 암컷화'라 해야겠지요. 이 단계에서 수컷을 없애거나 고자로 만드는 과정을 반드시 거치게 됩니다. [4]
  • 獨步 2011/08/05 10:10 # 삭제 답글

    기억이 조금 흐리기는 합니다만 예전에 'Unnatural Selection'이라는 게임(!)의 미제원판매뉴얼에는 유전공학에 대한 개괄적 내용이 들어있었다고 합니다. 그걸 도시공학 석사이신 분께서 한 번 보고 하신 말씀...

    "음 역시 유전공학은 내가 이해하기에는 너무 어려운 학문이야!"

    매뉴얼과 게임은 함께 처분의 길로(먼산)...
  • 漁夫 2011/08/05 12:49 #

    무려 '게임'에서요? 호오....

    우리가 일상적으로 보는 형태인 '표현형(phenotype)'에는 대단히 많은 유전자들의 효과가 개입합니다. 그러니 어디에 있는 어떤 유전자가 개입하는지에 따라 경우가 많이 나오지요.
  • 백칠십견 2011/08/05 17:21 # 답글

    수정란 속에 있는 미토콘드리아들은 정자 핵이 들어올 때 따라오는 sex chromosome 크기에만 관심이 있겠네요w

    Y다! 우리들은 다 끝났어! or X다! 확률느님은 우릴 버리지 않았어! 의 땀을 쥐는 생중계[...]
  • 漁夫 2011/08/06 20:06 #

    하하하 ^^;;
  • net진보 2011/08/06 23:32 # 답글

    음....점점 y염색체가 죽어가고있으니....조만간 고자될날도....머지....않지는 않은건가요;;;ㅅ;;
  • 漁夫 2011/08/07 12:46 #

    하하 한 세대에서는 눈에 안 띠는 현상이니 너무 걱정 안 하셔도... 우리 세대에서만 멀쩡하면 되겠지요 ㅎㅎ
  • RuBisCO 2011/08/07 23:46 # 답글

    그러고보니 생각난건데 그렇다면 왜 영양번식을 하는 생물종에서도 웅성불임이 관찰되는걸까요?
  • 漁夫 2011/08/08 23:01 #

    저도 잘 기억은 안 납니다만, 노화학자 Caleb Finch의 책에서 '식물은 생식 가능 세포가 동물과는 달리 거의 모든 조직에 다 조금씩 분포한다'는 말이 있습니다. 이렇다면 조직을 잘라 영양번식을 시킨 경우에라도 실제 유성생식과 크게 다르지 않은 셈이겠지요.
  • RuBisCO 2011/08/08 23:35 #

    아니 그것과는 이야기가 다른게, 과정이야 어찌되건 그렇게 영양번식을 하게 되면 결과적으로 체세포의 유전자까지 완전히 같은 개체가 나오기 때문에 체세포의 유전자에게는 그 과정이라는게 큰 의미가 없게되죠.
  • 漁夫 2011/08/08 23:47 #

    이미 아시다시피, 그런 식물 개체가 100% (영양번식을 포함한) 무성 생식으로 전환하지 않는 이유에 대한 가장 '정설'은 기생충의 압력입니다. 기생충을 앞서가기 위해 세대를 건너서라도 유성생식을 하게 되면, 마찬가지로 포스팅에 적은 것과 같은 압력을 피해갈 수가 없게 되겠지요.

    그리고 어떤 상황에서도 성이 없어서 100% 무성 생식을 하는 세균같은 경우라면, 말씀하신 것처럼 체세포냐 유전자냐의 구별이 의미가 별로 없어진다는 지적이 옳습니다. 어차피 세포질까지 복제되어 옮아가니 말이지요.
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