유성생식이 만드는 유전적 변이와 그 진화적 의미

형제자매는 부모가 같은데도 서로 다릅니다. 일란성 쌍둥이가 아닌 이상 유전적으로 똑같은 형제는 나오지 않아요. 왜 그런지를 숫자로 따져보는 게 이번 글입니다.

첫째, 상동염색체의 독립적 배열

중기 I에서 2가염색체가 적도판에 늘어설 때, 각 쌍에서 어느 쪽이 어느 극으로 갈지는 쌍마다 독립적으로 정해집니다. 1번 염색체에서 아버지 쪽이 위로 갔다고 해서 2번도 그럴 이유가 없어요.

쌍이 n개면 가능한 조합은 2ⁿ가지입니다. 사람은 n = 23이니 2²³ = 약 838만 가지예요. 교차를 아예 무시해도 한 사람이 만들 수 있는 배우자가 838만 종류라는 뜻입니다.

둘째, 교차

여기에 전기 I의 교차가 더해집니다. 교차가 일어나면 하나의 염색체 안에 아버지에게서 온 구간과 어머니에게서 온 구간이 섞입니다. 그래서 배우자에 들어가는 염색체는 부모 어느 쪽의 것과도 똑같지 않아요. 이렇게 만들어진 새 조합을 재조합(recombination)이라 합니다.

사람은 감수분열 한 번에 평균 1~3회, 전체적으로 수십 곳에서 교차가 일어납니다. 교차 지점이 매번 다르니 838만이라는 숫자는 사실상 무의미해질 만큼 커져요.

유전적 변이의 세 원천 — 독립적 배열, 교차에 의한 재조합, 무작위 수정 — 송쌤생명과학 자체 제작

셋째, 무작위 수정

마지막으로 어떤 정자가 어떤 난자를 만날지가 무작위입니다. 838만 × 838만 = 약 70조가지 접합자가 가능해요. 여기에 교차까지 곱하면 사실상 무한합니다.

같은 부모에게서 유전적으로 동일한 자식이 두 번 나올 확률은 실질적으로 0이에요. 형제가 왜 다르게 생겼는지에 대한 답이 이겁니다.

변이는 왜 중요한가

여기서 진화 이야기로 넘어갑니다. 다윈의 자연선택이 작동하려면 전제가 하나 필요해요. 집단 안에 변이가 있어야 한다는 겁니다. 모든 개체가 유전적으로 동일하면 선택할 대상 자체가 없으니까요.

유성생식은 매 세대 이 변이를 대량으로 다시 만들어냅니다. 환경이 바뀌었을 때 그 환경에 맞는 조합을 이미 갖고 있는 개체가 집단 안에 존재할 확률이 그만큼 높아져요.

여기서 한 가지 짚고 갈 게 있습니다. 유성생식은 새로운 대립유전자를 만들지 않습니다. 새 대립유전자를 만드는 건 돌연변이뿐이에요. 유성생식이 하는 일은 이미 존재하는 대립유전자들을 새롭게 조합하는 것입니다. 이 구분이 시험에서 자주 물어지는 지점이에요.

그럼 무성생식은 왜 남아 있나

학생들이 자연스럽게 던지는 질문입니다. 변이가 그렇게 유리하면 왜 모두 유성생식을 하지 않을까요.

유성생식에는 만만찮은 비용이 따르기 때문입니다. 짝을 찾아야 하고, 자기 유전자의 절반만 자손에게 전달되며, 잘 맞물려 있던 좋은 유전자 조합이 교차와 재조합으로 흩어질 수도 있어요. 그래서 환경이 안정적이고 지금 조합이 잘 맞는 상황에서는 무성생식이 오히려 유리합니다. 진딧물이 여름엔 무성생식으로 빠르게 개체 수를 늘리다가 가을에 유성생식으로 전환하는 게 그 예예요. 환경이 안정적일 땐 복제, 불안정해질 땐 섞기라는 전략입니다.

쌤 한마디 — "붉은 여왕 가설"이라는 설명이 있습니다. 기생체와 숙주가 서로를 뒤쫓는 군비경쟁을 하고 있어서, 같은 자리에 머물려면 계속 달려야 한다는 거예요. 유전적으로 똑같은 집단은 기생체 하나가 뚫으면 전멸하지만, 매 세대 조합을 바꾸면 그게 어렵습니다. 유성생식의 비용을 상쇄할 만한 이유로 가장 널리 인용되는 가설이에요.