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PowerPoint® Lectures forCampbell Essential Biology with Physiology, Third Edition

– Eric Simon, Jane Reece, and Jean Dickey

Chapter 13

개체군은 어떻게 진화하나

단원 3 진화와다양성

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우리와 함께하는 생물학:사라지지 않는 해충들

• 모기와 말라리아

– 1960년대에 세계보건기구(WHO)는 말라리아 질병을 옮기는모기를 박멸하기 위한 운동을 시작하였다

– DDT (살충제이자 농약)를 사용했는데, 모기는 이것에 대한 내성을진화시켰다

• 살충제 내성곤충의 진화는 진화가 우리의 삶에 영향을 주는방법 중 바로 하나임 [그림 13.0]

• 진화를 이해하는 것은 생물학의 모든 분야에 정보를제공하는데, 예를 들면

– 농업, 의학, 생명공학, 보전생물학 등이다

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그림 13.0 진화적 적응잎해마와 같은 종은 자연선택을 통해서 이들의 환경에 고도로잘 적응할 수 있다

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다윈과 종의 기원

• 생물학은 다윈(C. Darwin)은 『자연선택에 의한 종의 기원에관하여』라는 책을 1859년 11월 24일에 발간함

• 다윈은 이 책에서 중요한 두 개념을 제시하였는데,

– 생명은 진화하며

– 자연선택이라는 메커니즘을 통해 “변이의 유전”의 결과로써변화가 일어난다

• 자연선택(natural selection)은 어떤 유전형질을 갖는생물개체가 다른 형질을 갖는 개체에 비해 생존과 번식을더 잘할 수 있게 하는 작용을 말함

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• 자연선택은

– 개체군(population, 같은 시간에 같은 곳에 살고 있는 같은 종에속하는 개체들의 무리)을 세대에 따라 변하게 만들고

– 진화적 적응(evolutionary adaptation)으로 이끈다

• 진화(evolution)를 현대적 용어로 정의하면, 개체군의유전적 구성이 시간에 따라 변화하는 것을 말함

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죽은 잎처럼 생긴 트리니다드의나무사마귀

말레이시아의 꽃사마귀

코스타리카의 잎사마귀

위장술은 진화적 적응의 한 예

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13.1 다윈의 문화 배경과 과학 배경

• 역사적 관점에서 다윈의 혁명적 업적을 자리매김 해보자. 우리는 [그림 13.1]에 있는 연대표를 참조해 볼 수 있다.

• 『종의 기원』은

– 지구가 비교적 젊었고

– 아무런 관련도 없는 수백만 종이 서식하고 있다는 관념에도전하였다

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1809라마르크가

자신의 진화이론을 발표

1830라이엘이『지질학의

원리』를 출판

1837다윈이 자신의 표본을 분석하여종의 기원에 관해 노트에 쓰기

시작함1844다윈이 종의 기원에 대한논문을 씀

1865멘델이 유전학에관한 논문을 발표

1858월러스가 자신의 이론에

관한 상세한 보고서를다윈에게 보냄

1859다윈이『종의 기원』을출판

1809다윈이 태어남

1831~36다윈이 영국군함인 비글호를

타고 세계 일주를 함

갈라파고스 군도에 사는초록 바다거북

1800

1870

그림 13.1 다윈의 삶과 아이디어의 역사적 배경

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종은 고정된 것이라는 생각

• 그리스의 철학자인 아리스토텔레스는 종은 고정되어 있어불변이며 진화하지 않는다고 생각함

• 유대교와 기독교 문화가 성서를 문자 그대로 해석하여 이생각을 확고하게 믿어, 지구의 나이는 6,000년 정도라고제안하였음

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라마르크와 진화적 적응

• 1700년대 중엽 화석(fossil)에 관한 연구가 과학의 한분야로 자리 잡기 시작함

• 프랑스의 박물학자 뷔퐁은

– 지구는 6,000년보다도 훨씬 오래 되었을 수 있으며

– 또한 어떤 화석은 현재 살고 있는 동물과 유사성이 있으며

– 어떤 화석의 형태는 현재 살고 있는 유사 생물종의 선조일 수도있다는 제안을 내놓았다

• 라마르크는 생물이 획득형질의 유전에 의한 적응과정을통해 된다고 진화된다는 잘못된 제안을 함

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비글호의 항해

• 다윈은 1809년 2월 12일 링컨과 같은 날에 태어남

• 22살이 되던 해인 1831년 12월 다윈은 비글호를 타고5년간의 세계일주항해를 위해 영국을 떠남

• 비글호를 타고 항해하는 동안에 다윈은

– 수 많은 표본을 수집하였으며

– 생물들의 여러 종류의 적응을 관찰하였다

갈라파고스섬 보기(Video: Galápagos Islands Overview)

13_03GalapagosIslands_SV(갈라파고스섬 보기).mpg

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• 다윈은 특히

– 갈라파고스 군도에 사는 생물들의 지리적 분포와

– 갈라파고스와 남미 대륙에 사는 생물들 사이의 유사성에 흥미를가졌다

갈라파고스 바다이구아나(Video: Galápagos Marine Iguana)

갈라파고스 강치(Video: Galápagos Sea Lion )

갈라파고스 거북(Video: Galápagos Tortoise )

13_04MarineIguana_SV(갈라파고스 바다이구아나).mpg13_04SeaLion_SV(갈라파고스 강치).mpg13_04Tortoise_SV(갈라파고스 거북).mpg

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• 다윈은 지질학자 라이엘의 펴낸『지질학 원리』를 읽고 큰영향을 받음

• 라이엘은 지구가

– 아주 오래 되었으며

– 점진적인 지질작용을 통해 침식되고, 오늘날도 계속되고 있다고제안하였다

• 다윈은 마침내 이 원리를 지구생명의 진화에도 적용하여점진적 진화설을 내놓게 됨

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13.2 변이의 유전

• 다윈은『종의 기원』에서 두 개의 주안점을 언급했는데, 그것은

– 오늘날 지구에서 살고 있는 생물은 고대종의 후손이며

– 자연선택이 “변이의 유전”에 대한 메커니즘이었다는 것이다

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진화의 증거

• 생물학적 진화는 관찰 가능한 흔적을 남김

• 진화를 뒷받침해 주는 여러 계열의 많은 증거 중 5가지에대해 알아보면, 그것들은

– 화석기록과

– 생물지리학과

– 비교해부학과

– 비교발생학과

– 분자생물학이다

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13.3 화석기록

• 화석(fossil)은

– 과거에 살았던 생물의 눌린 자국이나 잔해를 말하며

– 침전 암석층에서 자주 발견된다

• 화석기록(fossil record)은

– 암석층에 나타날 때 화석의 연대순으로 나타나며

– 역사적인 순서에 따른 생물의 출현을 드러내 보이며

– 원핵생물이 모든 생명의 조상이라는 분자적 증거와 세포학적증거와 잘 일치한다

그랜드캐니언(Video: Grand Canyon )

• 고생물학자(paleontologist)는

– 화석을 연구하는 과학자를 말하며

– 과거와 현재를 연결해 주는 많은 중간 생존형태들을 발견해왔다

13_05GrandCanyon_SV(그랜드캐니언).mpg

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그랜드캐니언에 있는 퇴적암 층

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과거와 현재를 이어주는 전환기 화석

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13.4 생물지리학

• 생물지리학(biogeography)은 다윈에게 현재의 생물들이조상생물로부터 진화한 것이라고 맨 처음 생각케 해 준종의 지리적 분포를 말함

• 생물지리학의 다른 많은 예들이 진화적인 관점으로 보지않으면 설명하기 어렵게 됨

• 한 예가 호주에 있는 유대류의 분포임

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반지꼬리주머니쥐

붉은 캥거루

웜뱃

호주

코알라

생물지리학

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13.5 비교해부학

• 비교해부학(comparative anatomy)은

– 다른 종 사이의 신체구조를 비교하는 학문을 말하며

– 진화가 일종의 개조 과정임을 확증해 주고 있음

• 상동성(homology)은 [그림 13.2]

– 공통조상에서 유래됨으로 인한 유사성을 말하며

– 포유동물들의 앞다리를 형성하는 골격의 개조를 가지고 설명될 수있다

• 흔적기관(vestigial structure)은

– 그 생물의 조상에게는 중요한 기능을 제공하였던 그런 특징의잔재이며

– 그러나 현재에는 그다지 중요하지 않은 “남아 있는” 기관으로 있다

진화의 증거: 상동성 앞다리(Blast Animation: Evidence for Evolution: Homologous Limbs)

13_08homologous_limb_evo(진화의 증거 상동성 앞다리).swf

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사람 고양이 고래 박쥐

그림 13.2 상동기관: 변이의 유전에 대한 해부학적 증거