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유전
유전(遺傳, heredity)은 부모의 유전형질이 자손에게 전달되는 것이다. 생물학적 유전이라고도 불린다. 무성 생식이나 유성 생식을 통해 자손 세포나 유기체는 부모의 유전 정보를 얻는다. 유전을 통해 개인 간의 변이가 축적될 수 있으며 자연 선택에 의해 종의 진화가 발생할 수 있다. 생물학에서 유전에 대한 연구는 유전학이다.
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개요[편집]
새롭게 태어나는 자식 세대는 부모로부터 유전형질을 물려받는다. 유전형질에는 홍채나 피부, 머리카락의 색 같은 것들부터 혈액형과 같은 특성, 혈우병과 같은 유전병 등이 있다.
생물의 유전 정보가 담겨 있는 것은 DNA이다. 원핵생물은 별도의 세포핵이 없어 세포질에 DNA가 부유하나, 진핵생물은 세포핵 내의 염색체에 DNA가 있다. 바이러스의 경우에는 RNA가 DNA의 역할을 대신하기도 한다.
생물은 세포의 분열 과정에서 DNA를 복제하여 자신의 유전 정보를 자손에게 넘겨주게 된다. 생물이 다음 세대를 재생산하는 생식에는 성별의 구분이 없는 무성생식과 암·수가 구분되는 유성생식이 있다. 무성생식은 체세포의 분열을 통해 유전형질이 전달되며, 유성생식은 암·수 각자의 감수분열에 의해 만들어지는 정자와 난자가 수정되어 새로운 개체로 발생한다. 결국 유전이란 생식을 통해 유전형질이 전달되는 것이다.
DNA 복제 과정에서 드물게 자식들이 부모의 유전자와 다른 유전자를 갖게 되는 돌연변이가 발생한다. 돌연변이는 대립형질의 발생과 진화의 원인이 된다.
과거의 개념[편집]
일반적으로 과거 사람들이 유전에 대해서 가지고 있는 개념은 혼합 가설이었다. 특히 몸 속의 액체를 통한 혼합이 유전의 원인이라고 생각했기 때문에, 인간이 생식을 할 때에도 남성의 정액이 여성의 몸 속으로 섞여 들어가서 유전 현상이 나타난다고 생각했다. 이 정액은 피와 그 본질이 같다고 생각했기 때문에, 현재에도 순수혈통, 혼혈 같은 단어 속에 '피'라는 개념을 중요하게 여긴 것을 엿볼 수 있다.
이러한 개념을 좀 더 발전시킨 것이 판게네시스(pangenesis)라는 이론이다. 이 이론은 원자론으로 유명한 그리스의 철학자 데모크리토스가 처음 만들었는데, 원자와 같은 입자의 존재를 믿은 데모크리토스는 동물의 혈액 속에도 이러한 입자가 있다고 생각하여 아버지와 어머니의 혈액 속에 들어 있는 입자가 섞여서 자식의 특성을 결정한다고 생각했다. 이 발상은 진화론을 창시한 찰스 다윈(C. Darwin)에게도 그대로 이어져서, 다윈은 이러한 입자를 제뮬(gemmule)이라고 하고, 이 입자들이 신체 각 기관에서 만들어져서 혈액을 통해 흩어진다고 생각했다.
유전에 대한 멘델의 법칙[편집]
이러한 경향을 크게 바꾼 것은 오스트리아의 수도사였던 그레고르 멘델(G.J. Mendel)이다. 멘델은 완두콩을 이용한 여러 실험을 통해서 현재 멘델의 법칙이라 불리는 세 가지 법칙을 발견함으로써 유전 원리를 처음 과학적으로 밝혀냈다.
멘델의 발상은 부모 세대에서 자식 세대에 물려 주는 특정한 인자가 물질 형태로 존재한다는 것이고, 이것은 액체처럼 중간 단계를 가지고 섞이는 것이 아니라 어느 한쪽이 다른 쪽을 누르는 형태로, 확실한 성향을 가지고 나타난다는 것이다. 이런 식으로 환원할 수 있는 물질 입자는 이후 과학 발전에 따라 유전자로 밝혀졌으며, 멘델의 추측은 옳은 것으로 판명되었다.
멘델은 이러한 결과를 1865년에 발표했으나 그 당시에는 큰 반응을 불러 일으키지 못했고, 멘델이 1884년에 죽은 후 16년이 지난 1900년에 와서야 다시 그 업적이 발굴되었다. 1900년에 카를 코렌스(C. Correns), 체르마크(E.V. Tschermak), 휘호 더 프리스(H. de Vries) 세 명의 과학자가 같은 시기에 멘델의 연구를 다시 발견하여 멘델의 업적은 세상에 알려졌고, 그 이후 유전에 대한 멘델의 법칙은 생물학에서 가장 영향력 있는 업적이 되었다.
유전 기제[편집]
유전자 복제[편집]
모든 유전 현상은 DNA 복제를 통한 유전형질의 전달을 기반으로 한다. 체세포 분열로 유전형질을 전달하는 생식인 무성생식에서는 자신의 DNA를 그대로 복제하여 자손에게 물려준다. 그러나, 유성생식에서는 유전자 재조합을 거쳐 대립형질을 섞은 후 감수분열을 통해 생식세포를 만들기 때문에 보다 복잡한 과정을 거친다.
유성생식이 이렇게 복잡한 과정을 거쳐 유전형질을 자식 세대로 물려주게끔 진화한 것의 이점을 설명하는 이론으로는 멀러의 깔쭉톱니 가설이 있다. 즉, 무성생식을 계속할 경우 해로운 돌연변이가 누적되어 결국 종의 생존에 악영향을 미칠 수 있다는 것이다.
형질의 발현[편집]
유전자에 의해 전달되는 유전형질이 생물 발생의 모든 것을 결정하는 것은 아니다. 생물이 실제 발생하고 생장하면서 나타나는 특징인 발현형질은 유전형질 자체의 특징과 환경의 영향을 받는다.
우성과 열성[편집]
유전형질 자체의 특징으로 인한 것으로는 멘델의 유전법칙에서 정립된 우성과 열성이 대표적이다. 우성 유전인자와 열성 유전인자가 짝을 이룰 경우 우성 인자만이 발현특징으로 나타나고 열성 인자는 나타나지 않는다. 그러나 발현되지 않은 열성 인자 역시 다음 세대로 유전된다. 우성과 열성에는 멘델의 유전법칙과 같이 하나의 유전자 자리에 한 가지 유전인자만이 배치되어 독립의 법칙을 따르는 경우도 있으나, 한 유전자 자리에 다수의 유전인자가 선택적으로 들어서는 양적 형질 위치를 가질 수도 있다.
| 구분 | 부 | |||
|---|---|---|---|---|
| A | B | O | ||
| 모 | A | AA | AB | AO |
| A형 | AB형 | A형 | ||
| B | AB | BB | BO | |
| AB형 | B형 | B형 | ||
| O | AO | BO | OO | |
| A형 | B형 | O형 | ||
대표적인 양적 형질 위치에 따른 우성과 열성의 발현은 인간의 혈액형을 들 수 있다. ABO 혈액형에서는 A형 인자와 B형 인자가 같은 유전자 자리에 선택적으로 들어서는 우성이고 O형 인자는 열성이다. 그 결과 왼쪽의 표와 같이 양쪽 부모로부터 O형 인자를 물려받는 경우에만 O형 혈액형이 발현하고, 그렇지 않을 경우 AA와 AO는 모두 A형으로 BB와 BO는 모두 B형으로 AB는 AB형으로 발현한다.
왼쪽의 표는 혈액형 발현의 우열만을 가리킬 뿐 실제 인구 분포에서의 혈액형을 뜻하지는 않는다. 실제 인구 분포에서의 혈액형은 지역 사회별로 특정 혈액형에 편향되는 경우가 있다. 예를 들어 혼혈이 아닌 페루의 원주민은 모두 O형 혈액형을 가지고 있다.
우성과 열성의 중간쯤 되는 것으로 불완전 우성(incomplete dominance)이 있다. 이는 유전자간의 우열관계가 일정하지 않아 중간 형질이 나타나거나, 다른 유전자의 영향을 받아 여러 가지 우성, 또는 열성의 형질이 나타나는 현상이다.
환경의 영향[편집]
발현형질은 유전자의 특성뿐만 아니라 환경의 영향을 받는다. 대부분의 파충류는 별도의 성 염색체가 없어 알이 놓인 온도에 따라 암수로 발생한다. 거북은 대개 따뜻한 곳에 낳은 알이 암컷이 되고 응달의 알은 수컷이 된다. 미국산 악어는 반대로 따뜻한 곳의 알이 수컷이 된다.
포유류의 경우 X 염색체, Y 염색체와 같은 성 염색체에 의해 수정 단계에서 성별이 결정된다. 그러나 포유류 역시 샴 고양이의 온도 민감성 돌연변이와 같이 환경에 의해 발현형질이 달라질 수 있다.
미토콘드리아[편집]
미토콘드리아는 세포 호흡에 필수적인 세포 소기관이다. 미토콘드리아는 세포가 필요로 하는 대부분의 ATP를 공급하며 세포안에서 생성되는 단백질 가운데 13 종은 미토콘드리아에 의해서 조절된다. 미토콘드리아에는 세포핵의 DNA와는 다른 별도의 DNA가 존재한다. 그런데 수정의 과정에서 정자는 세포핵에 있는 유전 정보만을 난자로 전달하고 다른 부분은 분해되어 버린다. 따라서 자식 세대에는 난자의 미토콘드리아만이 유전되고 정자에 있는 미토콘드리아는 전달되지 못하기 때문에, 결과적으로 미토콘드리아가 갖는 DNA는 모계를 통해서만 유전된다.
미토콘드리아의 모계 유전은 진화의 과정을 보다 단순하게 파악할 수 있게 해주기 때문에 진화인류학과 같은 학문에서는 인간의 진화를 역추적하기 위한 단서로서 사용된다.
유전과 염색체, 단백질, DNA[편집]
멘델의 법칙이 증명된 이후 과학자들은 실제로 멘델이 예상했던 유전 물질이 무엇인지를 찾아내는 데 집중했다. 그리고 1903년 메뚜기를 가지고 연구하던 서튼(W.S. Sutton)은 이러한 유전 물질이 세포의 핵 안에 있는 염색체에 있다는 이론을 발표하였다. 또한 1902년에도 독일의 세포학자인 테오도어 보베리(T.H. Boveri)가 이러한 이론을 생각한 것으로 알려졌지만 직접 이론을 발표하지는 않았다. 이들은 염색체가 정자, 난자에서 둘로 쪼개졌다 수정될 때 하나로 합쳐진다는 현상을 관찰하고, 멘델이 가정한 유전 인자가 염색체에 있음을 제기했다. 이러한 염색체 이론은 토머스 모건(T.H. Morgan)이 초파리를 가지고 수행한 일련의 연구에서 완전히 증명되어, 모건은 이 업적으로 1933년에 노벨상을 받는다.
또한 1909년에는 요한센(W. Johannsen)이 이러한 유전 인자에 유전자(遺傳子: gene)라는 이름을 붙였다. 하지만 염색체는 단백질과 DNA로 구성되어 있었기 때문에 이 당시에도 아직 유전 물질이 정확히 무엇인지는 알려지지 않았다. 이후 1928년에 그리피스(F. Griffith)가 폐렴균을 가지고 한 실험을 1944년에 에이버리(O. Avery), 맥클레오드(C. Macleod), 매카티(M. McCarty)가 소개하면서 DNA가 유전자를 구성하는 물질이라는 사실이 밝혀지게 되었다. 그리고 1953년에 왓슨(J.D. Watson)과 크릭(F. Crick)이 DNA의 이중나선 구조를 밝히고, DNA에서 RNA로, RNA에서 단백질로 정보가 전달되어 유전 형질이 드러난다는 중심원리(central dogma)를 만들어 냄으로써 유전에 대한 중요한 원리가 대부분 밝혀졌다.
현재의 유전학[편집]
유전이라는 현상이 DNA상에 존재하는 유전자의 물리적인 법칙에 의해 지배된다는 사실이 알려지면서 생물학은 엄청난 발전을 하게 되었다. 현재는 염색체에 있는 DNA가 복제되어 동일한 생물 개체를 만들어 낼 수 있다는 사실이 널리 받아들여지고 있으며 이 DNA가 실제로 생물을 만들어 내기 위해 작동하는 방식도 잘 알려져 있다. 이러한 전반적인 부분을 연구하는 학문이 유전학이며 유전학은 멘델 이후 많은 발전을 거쳐 왔다.
인간이 이용하는 동물이나 식물에 있어서, 이러한 유전 원리를 파악함에 따라 더욱 과학적인 육종(育種)이나 품종개량(品種改良)을 할 수 있게 되었으며 여기에는 유전자를 직접 조작하는 유전자재조합생물체(GMO: genetically modified organism)도 포함된다. 의학 분야에 있어서도 여러 가지 유전병의 원인을 유전학의 발전을 통해 알아낼 수 있게 되었다. 유전의 메커니즘이 많이 밝혀진 1950년대 이후에도 생물학은 끊임없는 발전을 하여, 현재는 앞서 이야기한 고전적인 유전학에 따르지 않는 여러 가지 예외 사항도 계속 발견되고 있지만 아직 고전적인 유전학은 생물학 전체에 걸친 학문적인 기반으로 계속 자리잡고 있다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
