진화론 이야기 - 설계도와 설명서

흔히들 유전자를 생물의 설계도(drawing)라고 합니다. 유전자에 새겨진 설계도대로 생물이 만들어진다는 것이죠.
하지만 유전자를 설계도라고 생각하면 생물의 진화를 이해하기가 어려워질 수 있습니다.

이를테면 이와 같은 단엽기가 있습니다.



만약 유전자가 설계도라면 이 단엽기의 유전자는 다음과 같은 모습이겠죠.



설계도대로 몸통과 날개를 만들고 사각별에 맞추어 붙이면 위와 같은 단엽기가 완성됩니다.(몸체를 접고 붙이는 부분은 생략했습니다)

이 단엽기가 다음과 같은 복엽기로 진화했습니다.



이렇게 진화하기 위해서는 단엽기의 설계도에 다음과 같은 돌연변이가 일어나야 합니다(다음 설계도의 붉은색이 돌연변이가 일어난 곳입니다).




이런 돌연변이가 어떻게 일어날 수 있을까요? 두번째 날개야 유전자의 중복에 의해 일어날 수 있지만
1. 중복된 날개의 사각별 하나가 육각별로 돌연변이가 일어난다.
2. 몸체의 사각별 반대편에 1번과 똑같은 육각별 돌연변이가 일어난다.
이 두가지(중복까지 생각하면 세가지) 돌연변이가 동시에 일어나지 않으면 제대로된 복엽기가 만들어지지 않습니다. 더구나 2번이 문제가 되는데, 정확한 위치에, 정확히 똑같은 돌연변이가 일어나야 복엽기로 진화할 수 있는 것이죠.



이번에는 유전자를 생물의 설명서(recipe)라고 생각해 봅시다.
위의 단엽기를 만들기 위한 설명서는 다음과 같습니다. 부품이 될 번호가 붙은 네모꼴을 모아놓은 후

1. 앞면네모를 세운다.
2. 앞면네모 위에 뒤로 00을 붙인다.
3. 앞면네모 옆에 뒤로 10을 붙인다.
4. 앞면네모 밑에 뒤로 20을 붙인다.
5. 00 뒤에 01을 붙인다.
6. 10 뒤에 11을 붙인다.
7. 20 뒤에 21을 붙인다.
8. 01 뒤에 02를 붙인다.
9. 11 뒤에 12를 붙인다.
10. 21 뒤에 22를 붙인다.
11. 02 뒤에 03을 붙인다.
12. 12 뒤에 13을 붙인다.
13. 22 뒤에 23을 붙인다.
14. 03 뒤에 04를 붙인다.
15. 13 뒤에 14를 붙인다.
16. 23 뒤에 24를 붙인다.
17. 04 뒤에 05를 붙인다.
18. 14 뒤에 15를 붙인다.
19. 24 뒤에 25를 붙인다.
20. 22 옆에 221을 붙인다.
21. 221 옆에 222를 붙인다.
22. 222 옆에 223을 붙인다.

1번부터 19번까지가 몸체를, 20~22까지 날개를 만드는 부분입니다.

이 설명서의 어디에 어떤 돌연변이가 일어나야 복엽기가 될까요?

1. 앞면네모를 세운다.
2. 앞면네모 위에 뒤로 20을 붙인다.
3. 앞면네모 옆에 뒤로 10을 붙인다.
4. 앞면네모 밑에 뒤로 20을 붙인다.
5. 00 뒤에 01을 붙인다.
6. 10 뒤에 11을 붙인다.
7. 20 뒤에 21을 붙인다.
8. 01 뒤에 02를 붙인다.
9. 11 뒤에 12를 붙인다.
10. 21 뒤에 22를 붙인다.
11. 02 뒤에 03을 붙인다.
12. 12 뒤에 13을 붙인다.
13. 22 뒤에 23을 붙인다.
14. 03 뒤에 04를 붙인다.
15. 13 뒤에 14를 붙인다.
16. 23 뒤에 24를 붙인다.
17. 04 뒤에 05를 붙인다.
18. 14 뒤에 15를 붙인다.
19. 24 뒤에 25를 붙인다.
20. 22 옆에 221을 붙인다.
21. 221 옆에 222를 붙인다.
22. 222 옆에 223을 붙인다.

이 단 하나의 돌연변이만으로 복엽기로 진화할 수 있습니다. 물론 이때 5, 8, 11, 14, 17번 유전자는 의미가 없는 Junk유전자가 될 것입니다.
또한 2번이 아니라 5번, 8번 등에서 돌연변이가 일어나도 동일한 복엽기가 만들어질 수 있습니다.

1. 앞면네모를 세운다.
2. 앞면네모 위에 뒤로 00을 붙인다.
3. 앞면네모 옆에 뒤로 10을 붙인다.
4. 앞면네모 밑에 뒤로 20을 붙인다.
5. 00 뒤에 21을 붙인다.
6. 10 뒤에 11을 붙인다.
7. 20 뒤에 21을 붙인다.
8. 01 뒤에 02를 붙인다.
9. 11 뒤에 12를 붙인다.
10. 21 뒤에 22를 붙인다.
11. 02 뒤에 03을 붙인다.
12. 12 뒤에 13을 붙인다.
13. 22 뒤에 23을 붙인다.
14. 03 뒤에 04를 붙인다.
15. 13 뒤에 14를 붙인다.
16. 23 뒤에 24를 붙인다.
17. 04 뒤에 05를 붙인다.
18. 14 뒤에 15를 붙인다.
19. 24 뒤에 25를 붙인다.
20. 22 옆에 221을 붙인다.
21. 221 옆에 222를 붙인다.
22. 222 옆에 223을 붙인다.


그뿐 아니라 다음과 같은 (비교적 간단한) 돌연변이에 의해 여러가지 비행기가 만들어질 수 있습니다.

1. 앞면네모를 세운다.
2. 앞면네모 위에 뒤로 00을 붙인다.
3. 앞면네모 옆에 뒤로 10을 붙인다.
4. 앞면네모 밑에 뒤로 20을 붙인다.
5. 00 뒤에 01을 붙인다.
6. 10 뒤에 11을 붙인다.
7. 20 뒤에 21을 붙인다.
8. 01 뒤에 02를 붙인다.
9. 11 뒤에 12를 붙인다.
10. 21 뒤에 22를 붙인다.
11. 02 뒤에 03을 붙인다.
12. 12 뒤에 13을 붙인다.
13. 22 뒤에 23을 붙인다.
14. 03 뒤에 04를 붙인다.
15. 13 뒤에 14를 붙인다.
16. 23 뒤에 24를 붙인다.
17. 04 뒤에 222를 붙인다.
18. 14 뒤에 15를 붙인다.
19. 24 뒤에 25를 붙인다.
20. 22 옆에 221을 붙인다.
21. 221 옆에 222를 붙인다.
22. 222 옆에 223을 붙인다.




22번이 중복후 돌연변이된다면

1. 앞면네모를 세운다.
2. 앞면네모 위에 뒤로 00을 붙인다.
3. 앞면네모 옆에 뒤로 10을 붙인다.
4. 앞면네모 밑에 뒤로 20을 붙인다.
5. 00 뒤에 01을 붙인다.
6. 10 뒤에 11을 붙인다.
7. 20 뒤에 21을 붙인다.
8. 01 뒤에 02를 붙인다.
9. 11 뒤에 12를 붙인다.
10. 21 뒤에 22를 붙인다.
11. 02 뒤에 03을 붙인다.
12. 12 뒤에 13을 붙인다.
13. 22 뒤에 23을 붙인다.
14. 03 뒤에 04를 붙인다.
15. 13 뒤에 14를 붙인다.
16. 23 뒤에 24를 붙인다.
17. 04 뒤에 222를 붙인다.
18. 14 뒤에 15를 붙인다.
19. 24 뒤에 25를 붙인다.
20. 22 옆에 221을 붙인다.
21. 221 옆에 222를 붙인다.
22. 222 옆에 223을 붙인다.
23. 15 옆에 223을 붙인다.


방향이 돌연변이되어서

1. 앞면네모를 세운다.
2. 앞면네모 위에 뒤로 00을 붙인다.
3. 앞면네모 옆에 뒤로 10을 붙인다.
4. 앞면네모 밑에 뒤로 20을 붙인다.
5. 00 뒤에 01을 붙인다.
6. 10 뒤에 11을 붙인다.
7. 20 뒤에 21을 붙인다.
8. 01 뒤에 02를 붙인다.
9. 11 뒤에 12를 붙인다.
10. 21 뒤에 22를 붙인다.
11. 02 뒤에 03을 붙인다.
12. 12 뒤에 13을 붙인다.
13. 22 뒤에 23을 붙인다.
14. 03 뒤에 04를 붙인다.
15. 13 뒤에 14를 붙인다.
16. 23 뒤에 24를 붙인다.
17. 04 뒤에 222를 붙인다.
18. 14 뒤에 15를 붙인다.
19. 24 뒤에 25를 붙인다.
20. 22 옆에 221을 붙인다.
21. 221 옆에 222를 붙인다.
22. 222 옆에 223을 붙인다.
23. 15 위에 223을 붙인다.



이런 비행기도 만들어질(진화될) 수 있는 것이죠.


즉 설계도(drawing)일 때에 비해 설명서(recipe)일 경우에 유전자의 작은 돌연변이로 표현형의 큰 차이가 생길 수 있는 것입니다. 실제로 최초 앞날개만 달린 단엽기와 마지막 꼬리날개까지 달린 단엽기의 유전자(설명서(recipe))를 비교해 보면 그렇게 큰 차이가 없다는 것을 알 수 있을 것입니다.

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만약 다음과 같은 설명서가 있다면 어떤 것을 만들까요?

1. 씨눈을 만든다.
2. 씨눈 앞으로 가지를 만든다.
3. 가지 끝에 씨눈을 만든다.
4. 가지 3/4지점에 60도방향으로 씨눈을 만든다.
5. 가지 2/4지점에 60도방향으로 씨눈을 만든다.
6. 가지 1/4지점에 60도방향으로 씨눈을 만든다.
7. 가지를 키운다.
8. 2번부터 다시 시작

바로 카오스 - 프랙탈(Fractal)에 설명했던 나무를 만드는 설명서입니다.



계속 가지를 만들며 끝없이 자라는 나무인 셈입니다.

너무 대충 설명한 감이 없지는 않지만, 유전자를 설계도가 아니라 설명서로 이해하는 것이 진화를 이해하는데 도움이 될 수 있습니다.

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