유전적 부동과 유전자 흐름·돌연변이

핵심 정리

진화의 요인은 집단의 유전자풀을 변화시킨다. 유전자풀은 집단이 가진 대립 유전자 전체이며, 대립 유전자 빈도는 그 집단의 유전자풀에서 특정 대립 유전자가 차지하는 비율이다. 유전적 부동과 자연 선택은 모두 유전자풀의 빈도를 변화시키는 요인이다. 유전적 부동과 자연 선택은 대립유전자 빈도가 변한 원인으로 구분한다. 무작위 사건이나 표집에 따른 변화는 유전적 부동이고, 생존과 번식에 유리한 대립 유전자가 더 많이 다음 세대에 전달되어 빈도가 변하는 것은 자연 선택이다.

유전적 부동은 집단 크기가 작을 때 우연에 의해 대립 유전자 빈도가 무작위로 변하는 현상이다. 유전적 부동의 대표 사례인 병목 효과와 창시자 효과는 모두 유전적 부동의 한 현상이다. 병목 효과는 집단 크기가 급격히 줄어들면서 살아남은 개체가 무작위로 표집된 것처럼 되어 유전자풀이 변하는 현상이다. 창시자 효과는 소수 개체가 이주하여 새 집단을 형성할 때 나타나는 유전적 부동이다.

유전자 흐름은 개체의 이출입으로 집단 간 대립 유전자 빈도가 변하는 현상이다. 이주한 개체가 가진 대립 유전자가 새 집단에 전달될 수 있지만, 이주 자체를 곧 창시자 효과라고 단정하지 않고 소수 개체가 새 집단을 형성하는 상황인지 확인한다. 돌연변이는 DNA 염기 서열의 변화로 새로운 대립 유전자를 만들어 유전자풀을 변화시킨다. 돌연변이는 유전적 다양성을 증가시킬 수 있으며, 유전적 부동이나 유전자 흐름과는 원인이 다르다.

자세히

유전자풀의 변화를 묻는 문항에서는 먼저 무엇이 변화를 일으켰는지 살핀다. 집단에서 다음 세대로 대립 유전자가 전달될 때 부모 개체가 무작위로 표집된 결과 빈도가 달라질 수 있다. 이처럼 대립 유전자 빈도 변화가 생존이나 번식에서의 유리함 때문에 일어난 것이 아니라 우연에 좌우되면 유전적 부동이다. 유전적 부동은 집단 크기가 작을수록 빈도에 큰 영향을 줄 수 있다. 우연히 선택된 개체 수가 같아도, 작은 집단에서는 이들이 전체에서 차지하는 비율이 크다. 따라서 집단의 대립유전자 빈도에 미치는 영향도 커질 수 있다. 따라서 유전적 부동은 특정 대립 유전자가 생물에게 유리한지와 무관하게 빈도를 변화시킬 수 있다.

자연 선택과의 비교에서는 ‘빈도가 증가했다’는 결과만 보고 원인을 정하지 않는다. 환경에서 유리한 대립 유전자를 가진 개체가 더 잘 생존하고 번식하여 그 대립 유전자가 다음 세대에 더 많이 전달되면 자연 선택이다. 반면 대립 유전자가 우연히 더 많이 전달되어 빈도가 달라졌다면 유전적 부동이다. 두 요인은 모두 유전자풀을 변화시키지만, 자연 선택은 생존과 번식의 차이에 따른 변화이고 유전적 부동은 무작위 사건에 따른 변화다. 문제에서 생존·번식에 유리하다는 정보를 주는지, 개체 수 감소나 소수 개체의 표집을 제시하는지에 주목한다.

병목 효과에서는 먼저 집단의 크기가 급격히 감소한다. 큰 집단의 유전자풀을 가진 개체 중 일부만 남으면, 살아남은 개체들이 원래 집단의 유전자 구성을 정확히 대표하지 않을 수 있다. 이때 어떤 대립 유전자가 살아남았는지는 우연의 영향을 받으므로 대립 유전자 빈도가 무작위로 달라진다. 살아남은 개체 수가 적으면 원래 있던 대립 유전자의 일부가 사라지거나 특정 대립 유전자의 비율이 달라질 수 있다. 따라서 병목 효과는 집단 크기의 급감과 무작위적인 유전자풀 변화가 연결된 현상이며, 개체 수가 감소했다는 사실만으로 특정 대립 유전자가 선택되었다고 해석해서는 안 된다.

병목 효과가 지난 뒤 집단 크기가 다시 커져도 유전자풀이 저절로 원래 상태로 돌아온다고 볼 수 없다. 이후 집단이 늘어나는 것은 살아남은 개체들의 유전자형을 바탕으로 이루어지므로, 소수 개체의 유전자형 빈도는 원래 집단과 달라질 수 있다. 개체 수가 회복되는 것과 유전자형 빈도가 원래대로 돌아오는 것은 구분해야 한다. 집단 크기만 제시된 자료와 유전자형 또는 대립 유전자 빈도 자료를 구분해서 읽어야 한다.

병목 효과에서는 원래 집단의 일부만 살아남는다. 창시자 효과에서는 소수 개체가 원래 집단을 떠나 다른 지역에 새 집단을 만든다. 새 집단은 창시 개체가 가진 대립 유전자에 바탕을 두므로 원래 집단의 유전자풀을 그대로 대표하지 않을 수 있다. 그 결과 소규모 집단에서 우연에 의해 대립 유전자 빈도가 달라지는 유전적 부동이 일어난다. 원래 집단의 크기가 줄어들었다는 정보가 핵심이면 병목 효과, 소수 개체의 이주와 새 집단 형성이 핵심이면 창시자 효과로 구분한다. 두 현상의 공통점은 모두 유전적 부동이며, 새로운 대립 유전자를 만들어 내는 과정은 아니라는 점이다.