성문화(性文化)가 진화에 영향을 주었다고? 인간과 침팬지 비교

인간은 대부분 일부일처 사회구조이며, 침팬지는 다부일처의 성문화를 형성하고 있습니다.

따라서 인간은 후손을 만드는 난자의 소유 경쟁이 불필요한 반면 침팬지 사회는 한 마리의 암컷에 대하여 여러 수컷들이 다발적으로 교미를 하는 성문화를 갖고 있기 때문에 난자의 소유 경쟁이 매우 치열합니다.

이러한 사회구조의 차이로, 침팬지가 인간보다 암컷의 난자 소유경쟁에서 이길 수 있는 우수한 정자를 만들기 위한 생리적 욕구가 훨씬 강하게 작용해 왔을 것으로 해석할 수 있습니다.

인간과 침팬지의 서로 다른 성문화가 진화에 영향을 주었다는 분자생물학적 근거가 국내 연구진에 의해 밝혀졌습니다.

박홍석 박사

이번 연구는 한국생명공학연구원(KRIBB) 박홍석 박사 연구팀이 주도하고 일본 국립바이오의학연구소와 동경대 등이 공동으로 참여했습니다. 
 
박홍석 박사팀은 인간과 침팬지를 확연하게 구별 짓는 중요한 특징이 생리적 활동이라는 사실에 주목하고, 침팬지 수컷의 정소에서 1933 종류의 유전자 정보를 발굴해 인간과 침팬지의 정소기능(정자생성력, 운동력, 지구력, 수정력 등)과 관련된 유전자들을 포괄적으로 비교 연구했습니다.

그 결과 인간과 침팬지의 정자 생성 및 정자 기능에 관련된 50% (39/78개) 유전자에서 유전자 구조 및 유전자 정보가 서로 다르다는 것을 최초로 밝혀냈습니다.
 
특히 정자의 숫자, 정자의 운동속도 및 지구력과 밀접한 관련성이 깊은 3개 유전자(CD59, ODF2, UBC)에서 침팬지만의 특이적 구조가 존재한다는 것을 발견했습니다.

연구팀은 인간과 침팬지에서 다른 조직과는 달리 정소에서 유전자 변이가 큰 원인은 인간과 침팬지들이 갖고 있는 뚜렷한 생리적 차이, 즉 전혀 다른 성문화의 방식에 영향을 받은 것으로 해석했습니다.

연구팀은 진화의 과정에서 인간과 침팬지의 성문화의 차이는 유전자 변화에 영향을 주었으며, 궁극적으로 인간과 침팬지의 생태적, 기능적  차이를 만드는데 공헌하였을 것으로, 본 연구의 결과를 해석하고 있습니다.

또한 본 연구에서 최초로 규명한 정소관련 유전자 정보는 향후 선천성 남성불임의 원인규명 등 정자의 기능과 관련된 남성의 비뇨기 질환 진단 및 치료연구를 위한 원천정보로 활용될 가능성을 제시하고 있습니다.

이번 연구결과는 유전체분야의 권위 있는 전문 학술지 'Functional & Integrative Genomics'  4월호 온라인 판에 게재되었습니다.
(논문명: Major chimpanzee-specific structural changes in sperm development-associated genes)

<연 구 개 요> 인간(호모사피언스)은 지구상의 어떤 생물과도 비교할 수 없는 고도로 발달된 두뇌 능력과 함께 섬세한 손의 기능을 가지고 있으며, 이를 통해 과학을 발전시키고 문명사회를 이룩하였다. 21세기 생명과학기술은 인간의 30억 DNA 염기(유전체) 해독과 동시에, 지구상에서 인간과 가장 유사한 특징을 갖고 있는 침팬지의 유전체를 규명하였다. 연구결과는 놀랍게도 인간의 DNA 정보는 침팬지와 불과 1% 차이밖에 없을 뿐만 아니라(박홍석 박사 발표, Science, 2002), 인간과 침팬지는 약 500만 년 전에 공통조상에서 분리되어 독자적 진화의 길을 걸어 왔다고 추정하였다(박홍석 박사 발표, Nature Genetics, 2006). 즉 불과 500만 년 사이에 인간은 침팬지와는 비교할 수 없는 뛰어난 능력을 갖게 되었다는 것이다. 어떻게 이렇게 짧은 시간에 이토록 놀라운 능력의 차이가 만들어 질 수 있었을까? 이 수수께끼는 현대 생명과학에서 아직 풀리지 않은 중요한 이슈 중의 하나이다. 이 의문의 수수께끼를 풀 수 있는 열쇠의 하나로 생명과학자들이 주목하고 있는 것은 생명현상 조절에 핵심 역할을 수행하고 있는 '유전자 (gene)의 변화'이다. 환경변화 과정에서 생성되는 DNA의 돌연변이는 유전자 변화의 주된 원인으로서, 이는 새로운 종의 탄생에 결정적 역할을 할 것으로 추정하고 있다. 즉 유전자의 변화는 생리적 변화뿐만 아니라, 생물의 모양에도 영향을 미칠 수 있다는 것이 진화학자들의 생각이다. 성 문화는 인간과 침팬지 사회를 구별할 수 있는 가장 뚜렷한 특징 중의 하나이다. 인간은 일부일처 성문화 사회를 구성하고 있는 반면 침팬지는 보스(boss)를 중심으로 서열화 된 다부일처의 성문화를 가지고 있다. 그럼으로 침팬지들은 인간과 달리 암컷을 차지하지 못하면 자신의 후손을 만들 수 없기 때문에 암컷의 성을 차지하기 위해 치열한 경쟁을 해야만 한다. 이런 현상은 생리학적으로도 침팬지가 인간에 비해 정소의 크기, 방출되는 정자의 양, 정자의 운동 속도 등이 우수하다는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 인간과 침팬지의 생리적 현상의 차이가 인간의 진화에 미치는 영향을 조사하기 위해, 인간과 침팬지 정소에서 생성되는 유전자의 변화를 포괄적으로 조사하였다. 연구팀은 침팬지의 정소로부터 1,933개 유전자를 발굴하여, 인간의 유전자와 비교 분석하였다. 그 결과 인간과 침팬지의 1,009개 유전자(52%)에서 변이를 발견하였으며, 이는 다른 조직보다도 상대적으로 매우 높은 비율이었다. 특히 인간과 침팬지의 정소의 기능(정자생성력, 운동력, 지구력, 수정력 등)에 관련된 78개의 유전자들을 발견하였으며, 이 중 39개의 유전자(조사한 유전자의 50%)에서 상호 간에 유의적인 차이가 있다는 것을 발견하였다. 흥미롭게도 정자의 운동속도 및 지구력과 관련된 3개의 유전자(ODF2, CD59, UBC)는 다른 유전자들에 비해 침팬지에서만 매우 특이적으로 유전자 변이가 많다는 것을 규명하였다. 본 연구의 결과는 정소에서 만들어지는 유전자의 높은 변이가 인간과 구별되는 침팬지의 생리적 특징을 결정하는데 매우 중요한 역할을 할 것으로 추정하고 있다. 인간과 침팬지가 공통조상에서 분화하여 독자적으로 진화한 500만년 동안에, 놀라운 능력의 차이를 만들어 낸 것은 무엇일까? 본 연구는 인간과 침팬지에서 확연하게 다른 성문화의 차이를 유전학적으로 해석함으로서, 의문의 실마리를 이야기하고 있다. 후손을 생성하는 일은 인간을 포함해서 지구상의 모든 생물이 갖고 있는 원초적 본능이다. 성(性)문화에서 인간은 "일부일처"의 가족체계를 형성하고 있기 때문에, 경쟁 없이 안정적으로 자신의 후손을 만들 수 있도록 진화하였다. 하지만 침팬지를 포함한 대부분의 동물들은 "다부일처"로 진화하였기 때문에 자신의 후손을 남길 수 있는 암컷을 차지하기 위해 다른 수컷들과 치열한 경쟁을 피할 수 없는 구조이다. 즉 생리학적으로 난자를 차지하기 위한 정자의 경쟁은 인간의 사회구조에서는 더 이상 중요한 일이 아니지만, 침팬지를 포함한 동물 사회에서는 자신이 도태되지 않기 위한 치열한 경쟁일 수밖에 없다. 따라서 정소의 기능과 관련된 유전자의 기능 강화는 경쟁에서 살아남기 위한 진화의 필수적 요건이라고 할 수 있다. 본 연구에서는 인간과 침팬지에서 만들어지는 정소의 기능관련 유전자를 비교분석을 통해 인간과 침팬지를 포함한 동물간의 성(性)문화의 차이가 정소의 기능과 관련된 유전자의 변이에 영향을 주었다는 것을 입증하고 있다. 나아가서 이러한 성문화를 비롯한 환경의 변화에 적응하기 위한 노력(문화)의 차이가 지구상에서 인간이 다른 생물보다 월등하게 우수한 능력을 보유하게 된 원인 중의 하나라고 생각할 수 있을 것이다.