진화론 이야기 - 신대륙 원숭이의 색각

삼원색 색각에 대해 조사해 보는 동안 흥미로운 사실을 알게 되었습니다.

여기서 신대륙의 짖는원숭이(고함원숭이)를 제외한 다른 원숭이들 중에서도 3원색을 보는 원숭이가 있다고 하더군요. 그것도 일부 암컷에서만 말입니다.
어떤 이유로 전체도 아닌 '일부 암컷'에서만 삼원색을 볼 수 있을까요?

진화론 이야기 - 색각의 진화에서 썼듯이 인간을 비롯한 영장류들의 색각유전자 중 하나는 상염색체에, 다른 하나는 성염색체에 있습니다. 여기서 성염색체 중 하나의 색각유전자에 돌연변이가 일어난다면 어떻게 될까요?

이 원숭이(X유전자 2개이므로 암컷)는 상염색체상의 유전자와 함께 3개의 색상을 보는 원숭이가 될 것입니다.
이 원숭이가 새끼를 낳으면 어떤 새끼가 태어날까요?

결국 이 원숭이무리의 유전자는 다음과 같이 분포됩니다.

이와같이 이 원숭이 무리에서 오직 4번 암컷만이 3원색을 보는 암컷이 될 테고 나머지는 2원색만을 볼 수 있을 것입니다.
물론 (1,3)번이 보는 세상과 (2,5)번이 보는 세상은 다르겠죠. 1번과 2번 원숭이가 모이면 이런 대화를 하지 않을까 생각됩니다.

1 : 어? 넌 어떻게 그렇게 맛있게 익은 열매만 골라내냐?
2 : 넌 어떻게 풀숲에 숨어있는 표범을 그렇게 쉽게 찾아내냐?

진화론 이야기 - 색각의 수렴진화

영장류는 주로 아프리카와 동남아시아, 그리고 남아메리카에 주로 분포합니다. 태평양과 대서양으로 나뉘어진 양 대륙에 분포하는 것을 보면, 아프리카와 아메리카가 나뉠때 서식지가 나뉘어져 서로 각자 진화해온 것으로 추정됩니다. 물론 영장류의 한 종(species)인 '사람 sapiens'은 예외죠. 그들은 두 대륙이 나뉜 이후 아프리카대륙에서 진화했지만, 특이하게 강한 '호기심'을 가지고 있었습니다. 그 때문에 태평양을 건너 오스트레일리아로, 그리고 빙하기로 바다가 줄어든 기회에 베링해협을 건너아메리카대륙으로 이주를 했습니다.

진화론 이야기 - 사인배열(SINE)에서도 언급했었지만, sine 배열 또는 line(long interspersed nuclear elements) 배열을 이용하면 두 종의 진화적 거리를 알 수 있습니다. 그들은 영장류들의 유전자를 분석해서 다음과 같은 진화계통도를 만들었습니다.

여기서 세가지 색으로 표시된 것은 사람처럼 3원색 색각을 가지고 있는 영장류, 두가지 색으로 표시된 것은 2원색 색각을 가진 영장류들입니다. 보시다시피 구대륙(아프리카, 아시아) 영장류들은 모두 3원색 색각을 가지고 있지만 신대륙(아메리카) 영장류들 중에서는 오로지 하나, 짖는원숭이(고함원숭이)뿐입니다.

어떻게 해서 신대륙원숭이들 중에 짖는원숭이만이 삼원색 시각을 가지고 있을까요?

구대륙원숭이와 짖는원숭이만이 가지고 있는 삼원색을 설명하기 위해서는 다음과 같은 두가지 가설이 가능합니다.

첫째, 구대륙원숭이와 짖는원숭이의 공통선조가 3원색을 가지게 되었고, 그들을 제외한 다른 원숭이들은 모두 3원색 시각을 잃었다.

새로운 유전정보가 만들어지기보다는 유전정보를 잃는 것이 쉽다는 면에서는 위와 같은 시나리오가 가능합니다. 다만 진화론 이야기 - 색각의 진화에서 보듯 색각의 퇴화는 동굴생활이나 야행성처럼 빛이 없는 곳에서 활동할 경우에 일어납니다. 야행성이 아닌 주행성 원숭이들 사이에서도 색각의 퇴화가 일어난다는 것이 납득하기가 힘듧니다.

둘째, 구대륙원숭이의 공통조상과 짖는원숭이에게서 똑같은 진화가 일어났다

과연 3원색으로의 진화가 두번 일어날 수 있었을까요?

과학자들은, 구대륙원숭이의 유전자를 분석해서, 그들이 3원색을 볼 수 있도록 만든 유전자중복의 흔적 - 염기쌍 236개의 흔적 - 을 찾아냈습니다. 마찬가지로 짖는원숭이의 유전자에서도 중복의 흔적을 찾아냈습니다. 그 흔적은 구대륙원숭이에 비해 훨씬 길었습니다.

즉, 구대륙원숭이의 3색각진화와 짖는원숭이의 3색각진화는 서로 다른 사건이었음을 알 수 있는 것입니다.

더욱이, 구대륙원숭이에 있어서, 중복된 부분에 일어난 돌연변이는 약 5%에 이릅니다. 하지만 짖는원숭이의 변이량은 2%대에 불과하죠. 이것은 구대륙원숭이에 비해 짖는원숭이에 일어난 변이가 훨씬 늦게 일어났다는 증거입니다.

출처 : 한치의 의심도 없는 진화 이야기

진화론 이야기 - 색각의 진화

다윈 이후 많은 생물학자들은 조류의 화려한 깃털에 주목했습니다. 여러모로 깃털의 색깔에 대해 연구를 해 왔습니다.
하지만 최근까지 그들의 연구는 제대로된 연구가 아니었습니다. 사람들이 보는 시야와 새들이 보는 시야는 전혀 다르기 때문이죠.

푸른 박새를 연구한 과학자들은 이런 말을 했습니다.

푸른 박새는 사실은 자외선박새다.

왜냐하면 푸른 박새를 자외선광 밑에서 보면 이런 모습이거든요.

푸른 색깔이었던 정수리가 푸른색 파장 뿐 아니라 자외선도 강하게 반사하고 있기 때문입니다. 그리고 박새뿐 아니라 많은 조류들은 자외선을 이용하고 있습니다. 눈으로 보기에는 단색으로 보이는 부분도 자외선카메라로 찍으면 무늬가 보이는 경우가 많습니다.
즉, 자외선 시각을 가지고 있는 조류들은, 사람은 그냥 밋밋한 단색으로 보이는 새들도 울긋불긋 화려한 무늬를 가진 모습으로 볼 수 있다는 것이죠.

출처

옵신 구조[동아사이언스]

척추동물의 망막에는 옵신(opsin)이라는 광감지단백질이 존재합니다. 옵신 안에 들어있는 레티날(retinal)이 빛을 흡수하며, 레티날 주변의 아미노산 종류에 따라 흡수하는 파장이 달라집니다(즉 감지할 수 있는 색깔이 달라집니다)

조류의 경우에는 4가지 옵신을 만들 수 있기에 4가지 색을 구분합니다. 반면 사람은 3가지 색만을 구분할 수 있습니다.

사람이 감지할 수 있는 3가지 색각은 각각 SWS(short wave sensitive), MWS(medium wave sensitive), LWS(long wave sensitive)라고 합니다. 여기에 조류는  UVS(ultraviolet sensitive)까지 가지고 있죠.
반면 개나 고양이 같은 다른 포유류들은 2가지 색각 - SWS와 MWS만을 가지고 있습니다.

왜 이런 차이가 생겨난 것일까요?

과학자들은 이 차이가 공룡시대에 일어났다고 설명합니다. 조류의 선조인 공룡이 낮시간에 활보하는 동안, 공룡에 밀린 포유류들은 밤시간대로 진출합니다. 풍부한 빛 속에서 조류(공룡류)들은 빛을 보는 파장을 진화시키는 한편, 포유류들은 있던 시각유전자마저 잃어버리고 단 두가지 파장만 감지할 수 있게 된 것입니다. 마치 피 없는 물고기에서처럼, 빛이 없는 환경에서는 망가진 색각유전자를 도태시키는 자연선택이 일어날 수 없는 것입니다.

그런데 사람을 비롯한 구대륙(아시아-유럽-아프리카)에 서식하는 영장류들은 다른 포유류들과는 달리 3가지 색을 볼 수 있습니다. 다른 포유류들과는 달리 붉은색 파장을 보는 LWS도 가지고 있는 것입니다. 그들의 주된 먹이인 잘 익은 열매, 또는 부드러운 새순을 찾기 위해서는 붉은색 색각이 필수적이기 때문이죠.

과연 이 영장류들은 조상의 2색 시각에서 3색 시각으로 어떻게 정보를 늘렸을까요?

인간의 경우 SWS는 7번 유전자(물론 다른 포유류에서는 다른 유전자)에 존재합니다. 반면 LWS와 MWS는 성염색체인 X염색체에, 그것도 바로 옆에 인접해서 붙어 있습니다.

다른 포유류들의 경우에는 X염색체에 MWS 하나만 존재합니다. 이 염색체가 복제중 중복에 의해 색각유전자가 2개로 늘어나고, 그중 하나가 돌연변이에 의해 붉은색 파장을 감지하는 LWS로 바뀐 것이죠

창조론자들은 유전정보가 증가하는 경우는 없다고 하지만, 이와 같이 유전정보가 증가하는 것은 충분히 가능합니다. 물론 창조론자들의 입장에서는 받아들이지 않죠. '이것은 유전정보의 증가가 아니다'라고 계속 주장할 겁니다.
그들 입장에서는 대진화는 '아직 관찰되지 않은 진화'이며 정보증가는 '아직 관찰되지 않은 형질이 생기는 것'일 뿐이니까요. 그러므로 어떤 진화가 관찰되어도 그것은 '소진화'(이미 관찰되었으니)이며 어떤 정보의 증가가 관찰되어도 정보의 증가가 아닌(역시 이미 관찰되었으므로)것입니다.

출처 : 한치의 의심도 없는 진화 이야기