미국 데이비스 캘리포니아대학(UCD)과 스웨덴 웁살라 대학 연구진은 사이언스지에 실린 연구보고서에서 구직자가 새 일자리를 물색하는 것처럼 생명체도 성공적인 삶을 누리기 위해서는 종종 새로운기술을 습득해야 한다면서 자신들의 연구는 살아있는 생명체가 어떻게 이런 일을 하는지 보여준 것이라고 밝혔다.
과학자들은 유한한 유전자를 가진 생명체들이 어떻게 새로운 기능을 진화시키는지 오래전부터 궁금하게 생각해 왔다.
이에 대해 가장 널리 받아들여진 가설은 유전자의 우연한 자기복제설이다. 돌연변이를 거치면서 새로운 기능을 습득하는 복제 과정에서 새로운 기능이 유용한 것으로 밝혀지면 그 유전자가 확산한다는 것이다.
연구진은 "이런 가설은 오래된 것이며 실제로 이런 일이 일어나는 것은 분명하다. 그러나 문제는 `어떻게' 이런 일이 일어나는지 알 수 없다는 것이었다"고 말했다.
돌연변이를 일으킨 유전자를 제거하는 역할은 자연선택이 끊임없이 효율적으로 해 왔으며 긍정적으로 선택되지 않은 유전자는 신속히 사라졌다.
연구진은 새로 복제된 유전자가 어떻게 자연선택의 긍정적 선택 대상이 될 유용한 새 기능을 습득할만큼 오랜 시간 동안 버틸 수 있는지를 알아보려고 실험을 했다.
이들은 `혁신, 확장, 분기(分岐)'의 과정에 따라 새로운 유전자가 탄생하는 모델을 만들고 검증했다.
이 모델에서 원래의 유전자는 본 활동 외에 약한 두번째 기능을 얻게 된다. 마치 자동차 정비공이 컴퓨터에 곁가지로 관심을 두게 되는 것과 마찬가지이다.
그러다가 환경이 바뀌어 부차적 활동이 중요해지면 이 활동이 원래의 유전자가 더 많이 발현되기에 유리해진다. 정비공에 비유하면 자동차 산업의 불황이나 IT산업의 호황에 따라 컴퓨터 기술이 늘면서 IT 분야의 일자리를 찾게 되는 것이다.
유전자 발현을 증가시키는 가장 일반적인 방법은 유전자를 여러 차례 복제하는 것이고 그 후 자연선택이 모든 복제 유전자에 작용하는 것이다.
선택을 받는 입장이 되면 복제 유전자는 돌연변이를 거듭 축적해 재조합하게 되며 일부 복제 유전자는 강화된 부차적 기능을 더욱 발달시키고 나머지 복제 유전자는 원래의 기능을 수행한다.
궁극적으로 세포는 각각 다른 역할을 하는 두 개의 구별된 유전자를 갖게 되고 새로운 유전적 기능이 탄생하는 것이다.
연구진은 살모넬라균을 이용해 이 모델을 검증했다. 이 박테리아는 `히스티딘'이라는 아미노산 생산에 관여하는 유전자를 갖고 있는데 히스티딘은 다른 아미노산 `트립토판'을 합성하는데 관여하는 약한 기능도 갖고 있다.
연구진은 박테리아로부터 트립토판 합성을 담당하는 주 유전자를 제거하고 어떤 일이 일어나는지 관찰했다.
이들은 트립토판이 없는 배지에서 박테리아를 3천세대에 걸쳐 자라도록 해 트립토판을 만들어내는 새로운 메커니즘을 강제로 진화시켰다.
그러자 원래 유전자의 복제된 유전자가 트립토판을 합성하는 활동을 하는 것으로 나타났다.
연구진은 "이 모델이 보여준 중요한 진전은 이 모든 과정이 끊임없이 지속되는 선택 아래서 일어났다는 것, 즉 자연선택에서 벗어나 엑스트라 복제 유전자가 사라질 기회가 전혀 없었다는 것"이라고 밝혔다.
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