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일구이언, 눈먼시계공

진화의 방향
- 확률-중립성 : 완벽한 진화는 없다

- 호흡기 결함 : 포유류 Vs 조류
- 질병의 근본원인 : 우리 몸은 석기시대
- 왜 알러지, 아토피는 증가하는가 ?
- 왜 암과의 전쟁에서 승리하지 못하고 있는가 ?

일할 유전자들이 모두 일편단심(一片丹心)이라면 좋겠는데 실제로는 대부분 일구이언(一口二言)을 하기 때문에 그들과 함께 일관성 있는 작업을 도모하기란 거의 불가능할 수밖에 없다. 나는 지금 ‘다면 발현(pleiotropy)’과 ‘다인자 발현(polygeny)’이라는 유전학 개념에 대해 말하고 있다. 이 둘은 유전형과 표현형의 관계를 설명하는 핵심개념들이라서 나는 생물학 수업에서 이 둘을 비교하여 설명하라는 문제를 아주 자주 내곤 한다. 전자는 하나의 유전자가 여러 형질의 발현에 관여한다는 것이고 후자는 한 형질의 발현에 여러 유전자가 관여한다는 것이다.

하나의 형질 발현에 여러 유전자가 관여하려면 자연히 그 유전자들의 대부분은 한 가지 형질 발현만이 아니라 여러 가지의 형질 발현에 관여하게 될 것이다. 만일 한 유전자가 한 형질 발현만을 책임진다면 대부분의 생물은 어마어마한 수의 유전자를 필요로 할 것이다.

세계적으로 2,800명의 과학자들이 동원되어 무려 13년 동안 30억 쌍의 인간 DNA의 염기서열을 해독한 인간유전체프로젝트(Human Genome Project)가 2004년 드디어 우리 인간의 유전자 수를 발표했다. 참으로 뜻밖에도 우리 인간의 유전자 수는 초파리(약 13,000개)나 꼬마선충(19,000)보다는 많지만 작은 현화식물인 애기장대(25,000)보다도 조금 적은 20,000~25,000개로 밝혀졌다. 처음 이 소식을 접한 많은 사람들은 그야말로 자존심이 상한다는 반응을 보였다. 아니 어떻게 우리가 이 보잘것없는 생물들과 어깨를 나란히 해야 한단 말인가? 하지만 어찌 하랴? 최근 연구 결과에 의하면 매일 우리의 배를 든든하게 채워주는 쌀(벼)이 우리의 두 배 이상인 50,000~60,000개의 유전자를 갖고 있단다. 다행인지 불행인지 포유동물들은 거의 모두 비슷한 숫자의 유전자를 가지고 있다.

토애기장대의 유전자 수가 사람보다 더 많다.

하지만 이 같은 수치가 우리 인간을 비참하게 만들 이유는 없다. 다면 발현과 다인자 발현의 관점에서 보면 이는 우리 인간의 유전자들이 특별히 융통성이 많은 유전자들이라는 사실을 말해준다. 실제 유전자 구성에서도 인간은 다른 동물들과 그리 다르지 않다. 침팬지와 인간의 DNA 염기서열은 98.7%가 동일하고 쥐와도 거의 90%가 일치한다. 문제는 유전자 자체가 아니라 유전자의 조절과 조합이다. <본성과 양육>의 저자 매트 리들리(Matt Ridley)에 따르면 셰익스피어는 한 작품에서 평균 31,534개의 단어를 사용했다고 한다. 맥베드, 리어왕, 오셀로에 가장 빈번하게 등장하는 10개의 단어들도 the, and, I, to 등 대체로 비슷하다. 그럼에도 불구하고 이들이 모두 다른 작품으로 우리에게 전혀 다른 감흥을 주는 이유는 사용하는 단어들의 순서와 조합이 다르기 때문이다.


이처럼 다양한 기능을 갖고 있는 유전자들을 일사분란하게 통제하는 일은 애당초 불가능한 일이다. <적응과 자연선택>의 저자이자 다윈의학의 창시자이기도 한 조지 윌리엄즈(George Williams)는 1957년 국제학술지 Evolution에 발표한 논문에서 아주 좋은 예를 들어 이를 설명했다. 칼슘의 대사를 조절하는 유전자가 있다고 가정해보자. 이 유전자는 사고로 부러진 당신의 뼈에 부지런히 칼슘을 공급하여 빠른 시일 내로 뼈가 다시 붙을 수 있도록 돕는다. 하지만 이건 당신이 젊었을 때 얘기이고 나이가 들어 어쩌다 골반에 금이라도 갈라치면 젊었을 때처럼 그리 활발하게 돕지 않는 것 같다. 그러면서도 연신 동맥 구석구석마다 칼슘을 쑤셔 넣는 짓에는 열심을 다하여 결국 심각한 심혈관 질환을 유발하며 호시탐탐 당신의 목숨을 노린다. 한 유전자가 한편으로는 생명을 연장하는 데 도움을 주다가 다른 한편으로는 우리를 죽음의 벼랑으로 떠미는 것이다. 이처럼 표리부동(表裏不同)한 유전자들을 데리고 생명체를 완벽하게 만드는 일은 결코 쉽지 않으리라.

나는 지난 글에서 자연선택이 생명체를 완벽하게 만들 수 없는 첫째 이유로 환경 변화를 꼽았다. 생물의 환경이 늘 변한다고 말할 때 ‘환경’은 온도, 습도, 일조량 등의 이른바 물리적 환경(physical environment)이다. 하지만 생물의 환경에는 물리적 환경뿐 아니라 함께 살고 있는 다른 생물들이 형성하는 생물 환경(biotic environment)도 있다. 생물 환경에 대비하여 물리적 환경은 다른 말로 비생물 환경(abiotic environment)이라고도 한다. 비생물 환경과 생물 환경간에는 결정적인 차이가 하나 있다. 생물 환경은 그것이 둘러싸고 있는 생물과 함께 변화한다, 즉 공진화(coevolution)한다는 점에서 어떻게 보면 물리적 환경보다 더 중요할 수 있다. 공진화의 예로 가장 잘 알려진 관계는 단연 현화식물과 그들에게 꽃가루받이(pollination) 서비스를 제공하고 그 대가로 꿀을 얻는 벌, 나비, 박쥐, 새 등의 동물이 맺고 있는 관계이다. 꽃가루받이는 서로 이득을 주고 받는 상리공생(mutualism) 형태의 공진화이지만 서로 쫓고 쫓기는 관계인 포식(predation)과 기생(parasitism)의 상대들도 끊임없이 밀고 당기며 함께 진화한다. 날로 속도가 느는 치타의 추격을 따돌리려 영양도 점점 빨라지고, 늘 새로운 무기를 개발하여 공격하는 기생생물에 대항하여 기주생물(host)도 새로운 유전자 조합으로 면역력을 키운다. 이 관계는 마치 옛날 소련과 미국이 벌였던 군비경쟁을 방불케 한다. 소련이 새롭고 더 강력한 미사일을 개발하면 미국은 그걸 공중에서 격침시킬 수 있는 요격미사일을 개발하곤 했다. 진화생물학자들은 이와 흡사하게 자연계에서 벌어지는 군비경쟁을 진화적 군비경쟁(evolutionary arms race)이라고 부른다.