[과학칼럼]개체발생은 계통발생을 반복한다
[과학칼럼]개체발생은 계통발생을 반복한다
  • 경남일보
  • 승인 2021.02.18 15:22
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성기홍 (전 김해교육장)
 

137억년 전 우주가 탄생한 한참 뒤인 46억년 전 태양계 탄생하면서 지구도 탄생하였다. 탄생초기 고온이었던 지구가 식으면서 40억년 전쯤에는 액체금속의 외핵이 생성되어 지구자기장이 생성되었고, 이에 의해 태양풍과 같은 외계의 입자 유입을 방지되어 깊은 바다에서 생명 탄생이 가능한 환경조건이 갖추어졌다.

생명은 세포로부터 출발하였다. 가장 오래된 것으로 추정되는 생명체는 38억년 전 뜨거운 열수분출공에서 화학합성을 하는 ‘시원세균’인 것으로 추정된다. 이어 36억년 전에는 광합성 세균인 ‘시아노박테리아’의 화석으로 추정되는 미생물화석이 발견되었으며, 21억년 전에는 ‘원핵세포’에서 산소를 이용하여 많은 에너지를 생성하는 원시 호기성 세균이 나타나고 이는 핵을 갖는 ‘진핵세포’로 진화하였다. 12억년 전 다세포 생명체가 출현하였으며, 5.7억년 전 고생대 ‘캠브리아기’를 시작으로 ‘캠브리아기 big bang’이라 불리우는 다양한 생명체들의 급격한 출현이 있었다. 3.7억년 전 고생대 데본기 때는 성층권에서 오존층이 형성되어 생물에 유해한 자외선이 여과되었으며, 물에서 뭍으로 올라올 수 있는 환경이 조성되었다. 이후 폐로 호흡하는 초기 양서류가 등장했다.

최초의 생명체에서부터 단세포, 그리고 다세포 생명체가 탄생하는 과정은 화석이나 지층 연구 등을 통해 종이 변화한다는 사실이 밝혀졌다. 진화의 개념을 좀 더 쉽게 이해하기 위해 도입된 ‘생명의 나무’는 최초의 생명체에서부터 오늘날까지 수많은 종들이 어떻게 공통조상에서 갈라져 나와 서로 다른 방식으로 환경의 변화에 적응함으로써 전혀 다른 종으로 발전해왔는지 과정을 살펴볼 수 있다.

‘생물분류학’은 ‘계통발생’에 근거를 두고 있다. 생물의 어떤 한 종이 한 조상에서 나왔다는 이론은 ‘계통발생’의 기초가 되고 있다. 어떤 생물의 무리가 원시 상태에서 현재까지 발전해 온 과정을 말하는 ‘계통발생’은 독일의 동물학자 헤켈이 ‘발생 반복의 법칙’을 설명하면서 처음 사용했다. 수정란이 난할·세포분화·조직분화·형태형성 운동 등에 의해 성체와 같은 형태를 가진 개체로 성장하는 것을 ‘개체발생’이라고 한다. 이는 단세포생물로부터 진화에 의해 각종 다세포생물이 생겼다고 하는 ‘계통발생’에 대응되는 말이다.

공통조상의 생물종에서 여러 가지 생물종들이 가지를 치듯이 분화하고 다시 거기에서 새로운 생물종들이 분화하는 끝없는 진화가 일어났다. 생물의 분류 체계는 문-강-목-과-속-종의 7단계로 나누는데, 동물계는 원생동물과 후생동물의 2아계로 나누고, 32개의 동물문 중에서 가장 상위의 척추동물문에는 어류, 양서류, 파충류, 조류, 포유류가 있다.

모든 척추동물의 ‘개체발생’의 과정을 보면 발생 초기에 ‘아가미기구(gill apparatus)’가 존재한다. 어류는 아가미와 그 지지 구조체를 형성하지만, 육상 척추동물은 아가미를 형성하지 않고 아가미기구 발생 양상은 그대로 유지되면서 변형된 상태 유지한다. 또 양서류, 파충류, 포유류 모두 꼬리 및 손발의 물갈퀴를 갖는 발생 시기를 갖는다. 사람은 발생 4-7주째에 볼 수 있고, 수 주후 물갈퀴와 꼬리의 세포가 죽으면서 꼬리는 사라지고 손발은 서로 분리된 손가락과 발가락을 갖게 된다. 이런 사실들은 척추동물 사이의 진화적 멀고, 가까움에 대한 증거로 사용한다. 결국 사람도 수정 후 태아가 되는 과정에 척추동물의 ‘계통발달’ 단계인 어류, 양서류와 같은 아가미, 꼬리, 물칼퀴와 같은 진화의 흔적을 거치는 ‘개체발생’이 ‘계통발생’을 반복하는 것이다.


성기홍 (전 김해교육장)



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