1-1. 영장류의 조상
그림 1. 마다가스카 영화 포스터
세계지도를 펼쳐놓고 보면 아프리카대륙 남동쪽에 큰 섬이 하나 눈에 띈다. 그 섬의 이름은 마다가스카르. 마다가스카르가 동물학자들의 주목을 받는 이유는 여우원숭이류(lemur)라는 특이한 유형의 원시적인 영장류가 살기 때문이다. 사람을 포함한 원숭이 종류는 모두 영장류(靈長類, Primates)라는 큰 카테고리로 분류한다. Primates를 영장류라는 한자어로 누가 번역을 하였는지는 모르지만, 몹시 신령스러운 존재라는 뜻으로 공자가 이야기한 ‘만물의 영장(靈長)’이라는 말에서 유래한 단어이며, 영어인 primates는 prime(가장 중요한)의 어원과 동일한 유래를 가지고 있듯이, 매우 고귀한 존재라는 뜻이다. 그런데 이런 고귀한 명칭 아래 이들 여우원숭이 종류가 포함되어 있다는 것이 몹시 기분 나쁜 일일지도 모르겠다. 왜냐하면 그 생긴 모습이 원숭이 같기 보다는 마치 쥐같이 생겼기 때문이다.
가끔 영장류에 가장 가까운 포유동물이 무엇이라고 생각하느냐고 사람들에게 물어보면 흔히 개, 호랑이 등 근사한 육식동물일 거라고 답하는 사람이 의외로 많다. 아니면 최소한도 돼지 정도는 돼야 할 거라고 말하는 사람도 더러 있다. 그러나 필자의 기억으로는 분류학 교과서의 근연관계를 표시한 계통 분류 나무에서 영장류에 가장 가까운 분류군은 땅 속 어두운 곳에서 숨어 사는 ‘두더지류’와, 깊숙한 동굴 속에서, 낮에는 숨어서 지내다 밤에만 날아다니는 ‘박쥐류’가 가장 가까운 친척 동물들이었다. 이 근연 관계에 있는 3가지 종류의 동물들은, 날개로 쓰이건, 땅을 파는 굴삭기로 사용하건 그 용도가 각기 다를지라도, 사냥을 위한 날카로운 발톱이나 빨리 달릴 수 있도록 발굽으로 진화한 다른 포유류에 비하면 비교적 ‘진화가 덜 된’ 원시적인 유형의 5개 손가락을 가진 모습(5지형)을 공유하는 점이 큰 특징이다.
최근에는 계통수(系統樹)를 주관적인 오류를 가져올 수 있는 형태학적 개념으로 분류하지 않고, 보다 객관화되고 확실한 증거인 유전물질 DNA를 이용해 근연 관계를 분석한다. 그럼에도 불구하고 최근의 사이언스에 발표된 유전자 분석의 연구결과는 실망스럽게도 콜루고라는 동남아시아에 서식하는 활강 동물(그림 1-2)이 가장 가까운 종류이며, 그 다음이 나무두더지라는 종류임이 밝혀졌다.
그림 1-2. 새끼를 안고 활강하는 콜루고
아무튼 마다가스카르에 사는 원숭이들의 공통된 특징은 눈이 왕방울만큼 크다는 것이다. 그 이유는 어둠 속에서도 사물을 구별하여 인식할 수 있도록 진화한 것이며, 그들의 생활 습관 역시 ‘야행성(夜行性)’으로 낮에는 숨어서 지내기 때문이다. 천적을 피해 땅속에서 숨어 지내는 두더지나 어둠 속에 적응한 박쥐의 생활 역시 매한가지이다. 이들 동물들의 공통된 특징 자체가 사나운 발톱을 가진 맹수들의 공격을 피하기 위하여, 어두운 굴에서, 땅속에서, 또 나무 위에서 어두운 밤에 생활하도록 그렇게 적응을 하며 살아온 것임을 짐작케 한다.
그러나 마다가스카르에 사는 이러한 원시적이고 나약한 형태의 영장류에 비하면, 대륙에 널리 분포하는 다른 영장류들은 덩치도 커졌을 뿐 아니라, 그 생활공간도 나무 위 뿐 아니라 광할한 초원으로 확대되었으며, 인류처럼 높은 지능을 가진 부류도 있으며, 대낮에도 활개를 치고 살고 있는 종류가 대부분이다. 그 이유는 아주 이른 시기에 대륙으로부터 분리되어 섬으로 존재한 마다가스카르와 달리, 대륙의 영장류는 생존 경쟁에 있어 엄청난 진화 압력을 받았고, 냉혹한 환경 속에서 상당히 많은 종류로 ‘적응방산’을 하였기 때문에, 결국 환경에 적응력이 강한 종들만 살아남아 마다가스카르의 여우원숭이처럼 원시적인 영장류는 소멸되었기 때문이다.
진화의 원인은 세포 안의 분자물질인 유전자(DNA) 수준에서 발생하는 작은 변화에 의하여 일어나게 된다. 이것을 돌연변이라고 한다. 돌연변이의 원인은 화학물질, 자외선이나 온도 변화 등 여러 가지 환경요인이 있을 수 있지만 아직 명확히 밝혀진 것은 아니다. 그러나 일상적으로 돌연변이는 늘 일어나고 있으며 그것은 쉽게 관찰이 된다. 물론 대다수의 돌연변이의 경우는 생체 스스로 건강한 상태를 유지하고자하는 기전에 의하여 복구가 되지만, 간혹 실패하는 경우도 있다. 그 결과 체세포(신체를 구성하는 세포)의 돌연변이는 암으로 발전하기도 하며, 생식세포(알이나 정자)에서 일어나는 돌연변이의 경우에는 대부분 도태되지만, 성공적인 경우에는 이 글에서 언급하고자 하는 ‘진화’의 원인이 되기도 한다.
필자는 진화론의 옳고 그름에 대하여 왈가왈부하고 싶지 않다. 진화론은 언제든 바뀔 수 있지만 ‘진화’ 그 자체는 실제로 일어나는 사실적 현상이기 때문이다. 혹자는 생식세포에서 돌연변이가 일어나 새로운 종의 탄생으로 성공할 확률이 극히 적다는 것을 예로 들어, 진화 자체가 일어나기 쉽지 않음을 반박한다. 그러나 이 말은 ‘확률’이라는 수학적 개념 자체가 모든 조건이 동일할 경우에만 언급할 수 있다는 기본적 전제를 망각한 이야기일 뿐이다. 예를 들어 동전을 던져 앞 또는 뒤가 나올 확률의 조건은 동일해야 한다. 그러나 자연계에서 진화가 일어날 조건은 동일하지 않다. 그 조건의 다름이 대륙의 원숭이와 마다가스카르의 원숭이의 차이로 남게 된 것이다. 따라서 진화는 확률처럼 우연성이 매개되더라도 일방적인 수학적 확률 개념으로 재단될 수만은 없다.
1-2. 분자시계
대륙의 원숭이 종류가 매우 많고 다양한 것은 ‘진화압력’이라고 부르는 다양한 환경요인이 작용하였기 때문이다. 원시적인 영장류 유형에서 큰 변화 없이 지금껏 생존한 마다가스카르는 ‘대륙과 섬의 차이라는 규모’만큼 진화압력이 덜 작용하였기 때문이다. 바꾸어 이야기하면 진화 압력을 많이 받을수록 돌연변이의 숫자는 증가하지만, 진화압력을 덜 받게 되면 돌연변이에 의한 다양성은 줄어든다고 이야기할 수 있다. 그 돌연변이의 정량, 정성적 변화 추이를 우리는 눈으로 볼 수 있는 시대에 살고 있다. 과거에는 ‘손가락이 5지형이다’는 식으로 형태학적으로 계통을 분류하였지만, DNA구조의 규명 이후 현대 분자유전학의 엄청난 발전은 직접적인 이종 간의 근연관계를 밝힐 수 있는 도구를 제공하게 되었다.
다양성이 많을수록, 즉 돌연변이가 많을수록 해당 지역의 생물종은 진화 압력을 많이 받았다는 것이며, 거꾸로 다양성이 적을수록 진화 압력은 덜 받게 된다는 ‘적응방산’의 진화 이론을 누적된 돌연변이의 결과물인 DNA구조에 비교 적용하면, ‘언제’ 어느 ‘지역’에서 연구 대상의 생물종이 근연 관계에 있는 다른 종에서 분리되어 나왔는지 콜루고와 영장류의 관계처럼 그 계통근연관계를 추적하여 알 수가 있다. 그런데, 이 이론을 이종(異種) 간에 적용할 수도 있지만, 종 안에서 적용하면 시공간적으로 해당 종이 언제 어디서 이동을 하게 된 것까지 밝힐 수가 있다. 즉 진화압력이 높은 지역일수록 유전적 다양성이 비례적으로 높기 때문에 그 상대적 다양성의 차이로 시공간적 이동경로를 추적할 수 있는 것이다.
이것을 ‘분자시계’라고 하며 현대의 인류유전학자들은 ‘인류의 기원과 이동, 인종 혹은 민족 집단의 형성’이라는 근원적인 의문을 밝히는데 분자시계를 사용하고 있다. 그런데 한 쌍씩으로 이루어진 염색체는 기본적으로 부계 유전 계통과 모계 유전 계통이 뒤 섞이게 되는데, 환경에 대한 적응력을 높이기 위하여, 모양이 같은 두 염색체가 서로 교차하여 모습은 동일하지만 기능적으로는 전혀 다른 새로운 염색체를 만들기도 한다. 이것을 염색체교차(chiasma)라고 부르며 생식세포의 감수분열 시에 일어나는 현상이다.
신체의 구성물(주로 단백질로 이루어져 있음)은 세포핵에 각 구성 물질을 만드는 유전 정보(DNA)가 존재하며, 이로 부터 RNA라는 물질에 특정 정보가 전사(transcription)되어 그를 기초로 해당 구성물로 번역(translation)된 결과물이다. 마치 원본 주형틀(DNA)에서 구조물을 직접 적용하는 주형틀(RNA)을 복제한 후 시멘트를 부어 건물(단백질, 물론 여기서는 일꾼들 자체도 그렇게 만들어진다.)을 짓는 것과 유사하다. 이 때 통상 두 개의 주형틀 중 하나만을 사용한다. 따라서 염색체 교차는 그 주형틀을 뒤죽박죽 바꾸는 것과 같으며 양친으로부터 각기 동일한 유전자를 물려받아 닮긴 하였으나 얼굴이 각기 다른 형제, 자매들이 나오는 이유가 되기도 한다.
잘못된 상식 중 하나로 몽고반점이 한국인(혹은 몽고, 인디안 등 친족관계로 알려진 인류)을 분별할 수 있는 지표라고 이야기하는 사람이 있다. 실제로 몽고반점은 희미하게나마 백인이나 흑인 등 전 인류에게서 공히 나타나는 현상이지만, 그렇지 않다고 하더라도 단백질로 구성된 ‘몽고반점’이라는 표현형을 만드는 유전자는 뒤죽박죽 섞이는 과정에서 사라질 수도, 반대로 확대될 수도 있음을 주목해야한다. 제주도에 표류한 네덜란드인 하멜이 조선인 여자와 결혼하여 자손을 낳아서 몇 대를 거슬러 내려오면서 뒤죽박죽 섞이면서, 하멜의 직계 후손이 아니더라도 몽고반점 없는 누런 피부의 한국인도 존재할 수 있고, 루벤스의 그림 모델로도 유명한, 이탈리아에 노예로 팔려간 한국인 ‘안토니오 코레아’의, 역시 뒤죽박죽 섞인 하얀 피부의 후손 중 한 명이 몽고반점을 가지고 있을 수도 있는 문제이다. 몽고반점설은 기초적인 생물학적 지식으로도 쉽게 파악 가능한 근거 없는 낭설일 뿐이다.
그렇다면 직계 조상을 알 수 있는 확실한 다른 방법은 없을까? 만일 염색체 교차가 일어나지 않는 유전자가 있고, 그 돌연변이 상태를 분석한다면 분자시계의 지표로 사용될 수가 있을 것이다. 즉 계통을 정확히 파악하기 위해서는 뒤섞이지 않는, 어머니 또는 아버지 중 어느 한쪽으로만 유전되는 유전자가 있어야 하는 것이다.
그림 1-3 미토콘드리아의 구조 (출처: 중앙일보)
처음 인류유전학자들이 주목한 것은 미토콘드리아 DNA라는 것이었다. 세포의 에너지 대사에 관여하는 미토콘드리아는 세포질 안에 존재하지만, 염색체 교차가 일어나는 세포핵에서부터 출발하는 경로를 가지지 않고, 스스로 유전 정보를 가지고 있어, 자체적으로 증식을 하는 특이한 세포소기관이다.
생물학자들은 이러한 기현상을 아주 오랜 옛날, 어떻게 보면 기생충이었을지도 모르는 미토콘드리아의 ‘감염’이 일어난 결과라고 생각한다. 그러나 모세포와 미토콘드리아라는 두 생물체는 공생관계를 넘어 하나의 생명체로 합체되어, 서로가 없이는 살 수 없는 관계로 진화되었다. 식물체에서는 에너지를 소비하는 미토콘드리아 뿐 아니라 에너지를 생산하는 엽록체도 그와 유사한 자가 증식기관이다. 물론 식물세포도 에너지 생산 뿐 아니라 대사도 하기에 미토콘드리아는 존재한다. 감염논리를 적용하면, 결과적으로 원시 미토콘드리아의 감염 이후에 추가로 발생한 원시 엽록체의 감염여부가 식물과 동물을 나누는 분리 기준이 된 셈이다. 따라서 필자는 동물이 식물보다 먼저 생겼다고 본다. (이해하기 힘들지 모르지만, 원시 지구상에 이미 풍부하게 화학적으로 생성된 유기물을 섭취하는 동물이 발생한 후, 유기물의 고갈 즉 ‘생존의 필요성’이 직접 유기물을 생산하는 식물을 탄생시킨 배경으로 보인다. 엽록체 감염이 일어나지 않은 일부가 식물이 생산한 유기물을 소비하는 과정에서 종속영양생물로 발전한 것이다.)
한편 이 미토콘드리아는 세포질에 존재하기 때문에, 난자를 제공하는 모계로만 유전되며, 핵막으로 보호를 받는 다른 유전자에 비하면 돌연변이가 왕성한 수준으로 일어날 수밖에 없다. 따라서 매우 손쉽게 인류의 기원을 푸는 열쇠 역할을 하게 되었다.
또 다른 인류기원을 푸는 열쇠 유전자는 부계로만 유전되는 Y 염색체이다. Y 염색체의 상동염색체는 모양이 전혀 다른 X 염색체이기 때문에, 상호 교차에 의한 정보 물질의 교환이 일어나지 않는다. 물론 X 염색체 쌍을 가진 여성 세포에서는 정보 물질의 교환이 일어날 수 있지만 Y염색체는 적어도 부계로만 유전된다는 분자시계의 조건을 갖춘 셈이다. 그러나 이 Y 염색체는 핵막으로 보호받기 때문에 미토콘드리아 유전자에 비하면 돌연변이의 수준은 적게 일어날 수밖에 없다. 따라서 돌연변이 단계에 대한 세밀한 관찰을 하기가 쉽지 않은 단점이 있다.
그림 1-4. 유전자 정보의 변천과정 (출처 : National Genographics)
위의 그림은 각기 서로 다른 염색체(유전자) 유형을 가진 8사람의 선조로부터 4대를 거치면서 어떻게 유전자가 변형되는지 설명한 그림이다. 맨 아래 자손인 남녀 염색체 중에서 Y-염색체(작은 막대)와 미토콘드리아(동그라미)는 증조할아버지, 증조할머니의 염색체 중에서 각기 단 한 분의 것만을 물려받는데 반하여, 피부색과 골격 그리고 몽고반점 등을 형성하는데 기여하는 나머지 염색체는 8명의 증조할아버지, 증조할머니의 염색체의 단편들이 고르게 분포하고 있음을 알 수 있다.
1-3. 미토콘드리아 분석의 오류
이브를 추적하는 미토콘드리아 분석과 아담을 추적하는 Y염색체 분석의 두 가지 방법을 사용한 결과, 인류의 기원은 모두 사하라사막 남쪽의 동부 아프리카에서 시작되었다는 것을 알게 되었다. 그러나 문제는 이브가 아담보다 무려 84,000년 전에 먼저 태어났다는 황당한 결론이 나왔다. (과학동아 기사) 즉 미토콘드리아 분석에 의한 이브는 지금으로부터 143,000년 전에 출현한 것으로 되어 있지만, Y 염색체 분석에 의한 아담은 불과 59,000년 전 동부 아프리카에 살던 한 사람임이 밝혀진 것이다.
그림 1-5. 2가지 분자시계로 추적한 인류이동지도 (출처: 경향신문)
도대체 이것이 어찌된 일인가? 심지어 그림(1-5)에서 보는 바와 같이, 두 방법으로 유추한 인류의 유전자 이동 경로는 서로 매우 상이하기까지 하다. 과학자들은 남성들이 여성에 비해 Y 염색체를 후대로 전달하기 전에 죽을 가능성이 더 많아서 Y 염색체 계통이 현대까지 이어지는 데 방해를 받았다는 것을 그 이유로 든다.
필자는 인류유전학하고는 거리가 있는 사람이지만, 오늘 이 자리를 빌려, 생물학자들이 ‘쥬라기 공원’의 오류에 빠졌음을 지적하고자 한다. 물론 과학자들의 이야기가 아주 틀리다는 것은 아니다. 다만 중심을 무엇에 두어야 하느냐는 말을 하고자 한다. 무슨 이야기냐 하면, 기본적 가설(부계 또는 모계로만의 유전)의 연구 대상이 된 미토콘드리아가 실제로는 모계 유전만으로 이루어지는 것은 아니라는 것이다. 통상 난자 속에 유전되는 미토콘드리아는 20,000개가량 된다. 반면에 정자의 경우, 미토콘드리아는 머리 밑, 꼬리 윗부분에 밀착되어 존재하며, 이 미토콘드리아의 에너지 대사에 의하여 정자의 운동능을 제공 받는 것이다. 그런데, 수정이 될 경우, 핵물질을 가지는 머리만 들어가고 미토콘드리아가 존재하는 꼬리 부분은 제거된다. 그러나 머리 부분의 핵과 같이 딸려 들어가는 적은 수의 미토콘드리아가 있다. 이 개수가 약 40개 정도이다.
20,000개 대 40개는 ‘새 발의 피’라고 생각할지 모른다. 그러나 이것이 수 만년의 세대 전달 과정을 통하여, 적은 수의 미토콘드리아가 가져오는 작은 오류가 쌓이고 쌓이면, 최종적인 결과에 지대한 차이를 가져올 수 있는 결과를 낳을 수밖에 없다. 영화 쥬라기 공원에 나오는 수학자 말콤 박사가 지적했듯이, 북경의 나비 한 마리의 날갯짓과 같은 아주 낮은 가능성이 나중에는 뉴욕에 몰아치는 태풍 같은 결과를 가져올 수도 있다는 카오스 이론의 기본을 생물학자는 알고 있었어야 한다.
부언하자면 카오스이론은 100만년에 한번 있을까 말까한 가능성을 무참히 밟아버린, 첨단 유체역학으로도 해석을 못하는 비행기의 잦은 추락원인을 밝히기 위하여 창안된 이론이다. 그 추락 원인은 날개에 쌓이는 작은 얼음 때문이었다. 이러한 카오스 이론에 의하여 진화는 의도적으로 방향성을 가지고 일어나는 것이다. 아무리 적은 수의 미토콘드리아라도 그것이 급변하는 환경에 적합하다면 자연 ‘선택’되어 결과적 다수로 생존할 수밖에 없다. 피부색이나 몽고반점 등도 나머지 뒤섞인 유전정보의 극히 일부 정보에 기초한다고 할지라도 환경에 적합하다면 자연 선택되어 우성 유전되는 것이 진화의 방향성이다.
결국 필자가 보기에, 위 인류의 이동지도 해석의 결과는 Y 염색체를 통한 인류 이동과 분포의 결과가 더욱 정확할 수밖에 없다는 것을 의미한다. 다만 미토콘드리아 분석은 Y 염색체 분포의 보조 자료로서 활용의 가치가 있을 뿐이라고 생각한다. 또한 Y 염색체의 이동 지도는 문화인류사적으로 매우 유의미한 어떤 느낌을 제공하고 있으며, 특히 필자는 한국인의 형성과 관련하여 상당히 큰 ‘느낌’을 받게 되었다. 앞으로 이 이동지도를 근거로 기존의 인문사회학이 이루어 놓은 일반적 상식처럼 되어 버린 착각을 ‘깨는 이야기’를 하려한다. 다만 여기서는 몇 가지 인류의 기원에 대한 가설만 짚어보자.
1-4. 인류의 기원
왜 하필 아프리카가 인류의 기원일까? 여기에 대하여는 많은 진화학자들이 이야기하는 가설이 타당성이 있다. 그것은 아프리카를 가로지르는 홍적세의 조산운동 때문이었다. 아프리카를 종단하는 산맥의 형성은 아프리카 서부와 동부의 기후를 바꾸게 되었다. 즉 ‘동물의 왕국’ 같은 다큐멘터리에서 보는 바와 같이, 적도 근처의 '편서풍'이 아프리카 서부에는 많은 비를 뿌리게 되어 밀림이 형성된 반면, 동부 지방에는 드넓은 초원지대인 사바나가 형성되었기 때문이다.
침팬지와 인간의 공동조상은 이 환경변화로 인하여 두 방향으로 서로 갈리어 졌다. 밀림에 남은 침팬지와는 반대로 사바나에 내동댕이쳐진 인간의 조상은 적나라하게 노출된 환경에서 사자, 표범 등의 거대한 고양이과 맹수들의 공격을 피하기 위하여, 두 다리는 길어졌고 서서 뛰어 도망가기 좋은 상태로 진화를 하게 되었다. 베스트셀러였던 ‘털 없는 원숭이’의 저자(Desmond Morris, 분류학적 개념으로 ‘긴꼬리 원숭이’처럼 인간을 객관적으로 평가할 때 가장 적합한 용어라고 저자는 그렇게 불렀다.)는 인간의 털이 빠진 이유가 사냥 또는 도망치는 생활 속에서 상습적으로 올라가는 신체의 온도 조절을 위한 것이라는 가설을 내어놓았지만, 또 다른 새로운 가설은 밀림에서는 존재하지 않는 바닥 생활의 더러운 환경에서 기생충 감염이 상시적으로 일어났기 때문에 이를 예방하기 위하여 사자처럼 털이 빠졌다는 가설도 있다.
필자의 지인 중 한 사람은 초기 인류가 사냥보다는 훨씬 편리한 어로를 중심으로 생활했고 따라서 염분 섭취가 많아 그 영향으로 돌고래처럼 털이 빠졌을 것이라는 또 다른 가설을 제공했는데, 실제로 이와 유사한 가설은 1960년대 엘리스 하디에 의해 제안되었고, 이후 학계의 주목을 받지 못하다가 최근에 새로이 부각되고 있는 가설로서 수생유인원 이론(Aquatic ape theory, AAT)이라고 부를 정도로 유명하다는 사실을 알게 되었다. 그 증거가 털을 주요 단열재로 사용하는 다른 영장류보다 10배나 더 많은 피하지방층의 존재가 돌고래처럼 수생 생물에 필요한 단열재로서 기능하는 것과 매우 유사하며, 뇌의 발달에 절대적으로 필요한 DHA라는 화학물질이 많은 식량은 초원이나 숲이 아니라, 해양생물로부터 얻을 수밖에 없기 때문이다. 이러한 털이 빠지는 인류 진화가 일어난 원인은 500만 년 전 아프리카에서 일어난 대홍수 때문이라는 가설이다.
그림 1-5. 인류유골의 변화
아무튼 털이 빠진 것 이외에 최초의 사바나(혹은 수생환경 아마도 습지)에서 일어난 돌연변이 중 중요한 또 하나의 특징은 턱 근육의 퇴보로 씹는 기능이 약화된 것이다. 인류가 분기된 이후 200만년 동안 두개골 용량은 3배가량 증가하는데, 고고학적으로 250만 년 전에 이미 도구가 발견된 것은 턱 근육의 퇴화로 인한 지적 능력의 상대적 향상이 결정적이었음을 나타낸다. 그러나 두개골이 커졌다고는 하지만, 언어 능력은 발달하지 못했다고 한다. 왜냐하면, 말하기와 문법에 영향을 주는 FOXP2(forkhead box P2)라는 유전자의 돌연변이는 불과 20만 년 전에 일어났기 때문이다. 여기서 잠깐 …… 250만 년 전의 조상 인류와 20만 년 전의 인류 그리고 이 글에서 이야기하는 모든 화석 인류는 그 ‘종’이 다르다는 사실을 염두에 두자.
“1년 전 영국의 의학자들이 FOXP2라는 유전자를 발견했다. 이 유전자가 망가진 환자는 심각한 언어장애가 생긴다. 그래서 우리 연구팀이 사람과 영장류의 FOXP2를 비교했다. 이 유전자는 715개의 아미노산으로 구성된 단백질을 만든다. 그런데 사람과 침팬지는 2개의 아미노산이 근본적으로 달랐다. 인간의 FOXP2에 돌연변이가 일어난 것은 13만∼20만 년 전으로 추정된다. -이는 현생인류가 탄생한 시점과 일치한다- 이 돌연변이로 인해 인간은 밀리초(1000분의 1초) 단위로 성대와 혀 그리고 입을 매우 정교하게 조화시켜 복잡한 발음을 할 수 있는 능력을 갖게 된 것으로 보인다.” (2002. 10. 28 일자 과학동아 기사, -막스플랑크 진화인류학 연구소 스반테 파보 소장 인터뷰- 중)
그림 1-6 FOXP2 유전자 발현 단백질의 구조(출처 : Wikipedia)
인류의 언어생활은 사회생활을 반증하는 증거이기는 하지만, 주의할 것은 언어를 사용하지 않더라도 인류는 기본적으로 사회적 또는 유적(類的) 존재임을 알아야 한다. 어떠한 영장류도 집단생활을 하지 않는 종은 존재하지 않는다. 물론 여타의 수많은 동물들(예, 개미, 들소, 얼룩말 등)도 그러하다.
참고로 침팬지와 보노보(피그미 침팬지)는 인류와 그들의 조상이 분기된 이후에 따로 분기된 것으로 보이는데, 이들의 사회생활의 특성은 매우 상이하다. 보스 중심이며 별도의 발정기를 갖는, 따라서 경쟁사회의 ‘우성 유전’의 전략을 채택한 침팬지 사회와 달리, 인류와 몹시 유사하게 상시적인 섹스가 가능한 보노보사회는 일반적으로 집단 내부에서는 난교가 이루어지지만, 이질적인 집단 간에 교혼(시집, 장가보내는 것)도 이루어지는 방식을 사용하여 ‘잡종 강세’의 유전 전략을 채택하였다. 종마다 환경에 대응하는 방식과 전략은 매우 상이하다. 자연계는 약육강식만이 존재하는 것이 아니다.
아무튼 우연의 일치 같은 7번 염색체 상의 FOXP2 돌연변이로 언어를 사용하기 시작한 20만 년 전은 Homo sapiens의 선조와 Homo neanderthalius 종이 나타나 중기 구석기가 비로소 시작되는 고고학 시기와 맞물린다. 과거에는 네안데르탈인과 현생 인류는 근연관계에 있는 아종(亞種, 종 밑의 카테고리, 동물계의 학명은 ‘속명 종명 아종명’의 순이다.)의 수준이라고 생각하여, Homo sapiens neanderthalius와 Homo sapiens sapiens로 나누었지만, DNA 분석의 결과 두 종간에 전혀 교배에 대한 증거를 발견할 수가 없어, Homo neanderthalius와 Homo sapiens로 학명이 정정되었다. 현생인류가 네안데르탈인 보다 먼저 발생하였을 지도 모르는 화석증거가 있다고 하지만, 유전자로 미루어 20만 년 전에 발생한 인류는 현생인류의 원형이 되는 고인류일 것이다. 미토콘드리아와 Y염색체 유전자가 밝혀주는 최초의 이브와 아담보다 실제 현생 인류의 탄생은 더 오래될 수도 있으므로 7번 염색체 상의 FOXP2 돌연변이가 일어난 20만 년 전을 그 기점으로 잡는데 큰 무리는 없을 것이다. 최근의 연구결과는 네안데르탈인 역시 FOXP2 돌연변이형을 가지고 있어 언어생활을 영위한 인류였음을 보고하는 기사를 읽었다.
1-5. 인류의 이동과 구 인류의 멸종
가장 먼저 아프리카를 벗어나 이동한 인류는 50만 년 전 ~ 5만 년 전 사이까지 존재한 Homo electus였으며, 이들은 ‘연천의 전곡리 구석기 유적’을 남긴 한국을 포함하여 시베리아를 포함한 동아시아 지역으로 광범위하게 이주하였다. 흔히 북경원인, 자바원인으로 분류하는 인류가 이 무리에 속한다. 두 번째로 아프리카를 벗어난 인류는 20만 년 전 ~ 3만5천 년 전까지 존재한 Homo neanderthalius이며, 이들은 주로 중동지방을 거쳐 유럽지방으로 이주하여 살았다. 따라서 이들 두 종류의 인류와 현생인류는 마지막 어느 시점(20만 년 전 ~ 5만 년 전까지)까지 지역은 달라도 동시대에 공존하였다는 이야기가 된다. 네안데르탈인과 현생인류는 거의 동시대에 출현하여 네안데르탈인이 멸종한 3만5천 년 전까지 더불어 살은 셈이다.
왜 이들 인류가 아프리카를 벗어나 이동을 했을까? 정설이 없지만, 추측컨대, 빙하의 후퇴에 따라 지구의 기온이 높아지게 되면서, 아프리카 수면병의 병원소인 체체파리의 증식에 의한 전염병 증가 등 열대성 질환이 그 원인이 되지 않았나 싶다. 이른 시기 동아시아 지역으로 이주한 Homo electus는 ‘불을 발견’하여, 냉혹한 빙하기 시기인 35만 년 전에도 한반도를 넘어 시베리아까지 이동했음은 화석상 증거가 밝혀준다. 따라서 빙하기는 신인류로의 진화를 촉진할지언정 이미 고도로 진화한 인류에게 직접적인 멸망원인이 되지는 못한다.
그림 1-7. 기후변동 그래프(출처: 인터넷정보)
그림 1-7은 필자가 인터넷 검색으로 얻은 남극의 빙하에서 측정한 기후변동 그래프라고 한다. 그림과 지질학적 연대명칭으로 미루어 20만 년 전 ~ 13만 년 전까지가 리스(Riss)빙기로 보이며, 10만 년 전 ~ 3만 년 전까지가 뷔름(Wurm)빙기로 보인다. 그렇다면 언어능력이 고도로 발달한 현생인류의 선조 및 네안데르탈인이 태어난 20만 년 전은 바로 리스빙기가 시작되는 시점이다. 갑자기 불어 닥친 빙하기의 추위가 진화압력으로 작용했음을 의미한다.
11만 5천 년 전으로 추정되는 네안데르탈인의 유골이 유럽에서 발견되었다. 이는 그림 상의 13만 년 전 ~ 10만 년 전 사이의 리스빙기와 뷔름빙기의 사이인 간빙기가 되는 시기로 네안데르탈인의 유럽지방으로의 이동을 촉진시킨 것으로 짐작된다. 따뜻해진 간빙기가 아프리카의 열대성질환의 증가 그리고 고인류의 북방으로의 이동을 촉진시켰다는 가설을 성립시킨다. 그러나 이 시기 현생인류의 선조는 아직 이동하지 않고 아프리카에서 그냥 생존하였다.
그림을 좀 자세히 살펴보면 북경원인(Homo electus)이 멸종한 5만 년 전은 빙하기 안에서도 다시 어느 정도 따뜻한 기후가 생겼던 시기이다. 그런데, 이 시기는 묘하게도 현생 인류가 자바원인(Homo electus의 원시형)이 사는 남태평양 지역으로 이동한 시기와 맞물리며, 그리고 네안데르탈인이 멸종한 4만~3만 년 전에는 현생 인류가 유럽으로 이동한 시점(현재 간빙기의 시작 시점)과 묘하게 일치한다. (그림 1-8) 정말 과거 약육강식의 논리대로 격렬한 돌도끼 전쟁에 의한 인종 학살이 있었을까? 그런 증거는 아직 밝혀지지 않았다. 다만, 초원 지역에 더욱 거주하기 편리한 형태로 진화한 고릴라는 인간과의 상호 경쟁에서 밀려 높은 산악지대의 원시림 속으로 그 주거환경을 옮겼다는 가설이 있다. 혹시 로키산맥의 싸쓰콰치, 히말리야의 설인 이야기도 허무맹랑한 낭설만이 아니라 그렇게 경쟁에서 밀린 또 다른 인류의 이야기일지도 모른다.
그림 1-8 인류이동연도 (출처: 중앙일보)
화석유골의 연대측정 상 5만 6천 년 전 호주에 첫발을 내딛은 신인류가 2만 년 전까지 호주 대륙의 거대 포유동물을 사냥하여 멸종시켰다는 가설이 유력하다. 따라서 필자의 생각으로는, 직접적인 인종청소와 같은 돌도끼 전쟁보다는 신인류의 이러한 높은 수준의 사냥기술 자체가, 현재의 간빙기 사이에 간혹 불어 닥친 소빙기와 지속되는 더위로 인한 건기를 더욱 냉혹하게 만들어 수렵 및 채집생활에 의존하여야 했던 구인류의 멸종을 촉진시킨 하나의 원인제공자였을 것으로 추측할 뿐이다. 그러나 최근 네안데르탈인의 두개골이 예리한 칼로 썰린 흔적을 발견된 것으로부터 신인류인 크로마뇽인이,……말하기는 싫지만……, '먹었다'는 기사도 있었다.
이 글은 자연과학분야의 전문가이면서 '샤카스바비큐'의 어드바이저인 이영득 박사의 개인블로그에서 옮겨 저장한 글입니다.
바비큐는 인류학에서 생존과 진화에 직접적인 연관성을 가지고 있으므로 연구자료로 활용하고자 이 곳에 자료를 옮겨 놓습니다.
기존의 일반화된 견해와 다른 부분이 있을 수도 있지만 그런 면에서 연구할 가치가 있다고 느끼는 샤카의 의도와 일치하므로 연구자료로 활용 계획임.
1-1. 영장류의 조상
그림 1. 마다가스카 영화 포스터
세계지도를 펼쳐놓고 보면 아프리카대륙 남동쪽에 큰 섬이 하나 눈에 띈다. 그 섬의 이름은 마다가스카르. 마다가스카르가 동물학자들의 주목을 받는 이유는 여우원숭이류(lemur)라는 특이한 유형의 원시적인 영장류가 살기 때문이다. 사람을 포함한 원숭이 종류는 모두 영장류(靈長類, Primates)라는 큰 카테고리로 분류한다. Primates를 영장류라는 한자어로 누가 번역을 하였는지는 모르지만, 몹시 신령스러운 존재라는 뜻으로 공자가 이야기한 ‘만물의 영장(靈長)’이라는 말에서 유래한 단어이며, 영어인 primates는 prime(가장 중요한)의 어원과 동일한 유래를 가지고 있듯이, 매우 고귀한 존재라는 뜻이다. 그런데 이런 고귀한 명칭 아래 이들 여우원숭이 종류가 포함되어 있다는 것이 몹시 기분 나쁜 일일지도 모르겠다. 왜냐하면 그 생긴 모습이 원숭이 같기 보다는 마치 쥐같이 생겼기 때문이다.
가끔 영장류에 가장 가까운 포유동물이 무엇이라고 생각하느냐고 사람들에게 물어보면 흔히 개, 호랑이 등 근사한 육식동물일 거라고 답하는 사람이 의외로 많다. 아니면 최소한도 돼지 정도는 돼야 할 거라고 말하는 사람도 더러 있다. 그러나 필자의 기억으로는 분류학 교과서의 근연관계를 표시한 계통 분류 나무에서 영장류에 가장 가까운 분류군은 땅 속 어두운 곳에서 숨어 사는 ‘두더지류’와, 깊숙한 동굴 속에서, 낮에는 숨어서 지내다 밤에만 날아다니는 ‘박쥐류’가 가장 가까운 친척 동물들이었다. 이 근연 관계에 있는 3가지 종류의 동물들은, 날개로 쓰이건, 땅을 파는 굴삭기로 사용하건 그 용도가 각기 다를지라도, 사냥을 위한 날카로운 발톱이나 빨리 달릴 수 있도록 발굽으로 진화한 다른 포유류에 비하면 비교적 ‘진화가 덜 된’ 원시적인 유형의 5개 손가락을 가진 모습(5지형)을 공유하는 점이 큰 특징이다.
최근에는 계통수(系統樹)를 주관적인 오류를 가져올 수 있는 형태학적 개념으로 분류하지 않고, 보다 객관화되고 확실한 증거인 유전물질 DNA를 이용해 근연 관계를 분석한다. 그럼에도 불구하고 최근의 사이언스에 발표된 유전자 분석의 연구결과는 실망스럽게도 콜루고라는 동남아시아에 서식하는 활강 동물(그림 1-2)이 가장 가까운 종류이며, 그 다음이 나무두더지라는 종류임이 밝혀졌다.
그림 1-2. 새끼를 안고 활강하는 콜루고
아무튼 마다가스카르에 사는 원숭이들의 공통된 특징은 눈이 왕방울만큼 크다는 것이다. 그 이유는 어둠 속에서도 사물을 구별하여 인식할 수 있도록 진화한 것이며, 그들의 생활 습관 역시 ‘야행성(夜行性)’으로 낮에는 숨어서 지내기 때문이다. 천적을 피해 땅속에서 숨어 지내는 두더지나 어둠 속에 적응한 박쥐의 생활 역시 매한가지이다. 이들 동물들의 공통된 특징 자체가 사나운 발톱을 가진 맹수들의 공격을 피하기 위하여, 어두운 굴에서, 땅속에서, 또 나무 위에서 어두운 밤에 생활하도록 그렇게 적응을 하며 살아온 것임을 짐작케 한다.
그러나 마다가스카르에 사는 이러한 원시적이고 나약한 형태의 영장류에 비하면, 대륙에 널리 분포하는 다른 영장류들은 덩치도 커졌을 뿐 아니라, 그 생활공간도 나무 위 뿐 아니라 광할한 초원으로 확대되었으며, 인류처럼 높은 지능을 가진 부류도 있으며, 대낮에도 활개를 치고 살고 있는 종류가 대부분이다. 그 이유는 아주 이른 시기에 대륙으로부터 분리되어 섬으로 존재한 마다가스카르와 달리, 대륙의 영장류는 생존 경쟁에 있어 엄청난 진화 압력을 받았고, 냉혹한 환경 속에서 상당히 많은 종류로 ‘적응방산’을 하였기 때문에, 결국 환경에 적응력이 강한 종들만 살아남아 마다가스카르의 여우원숭이처럼 원시적인 영장류는 소멸되었기 때문이다.
진화의 원인은 세포 안의 분자물질인 유전자(DNA) 수준에서 발생하는 작은 변화에 의하여 일어나게 된다. 이것을 돌연변이라고 한다. 돌연변이의 원인은 화학물질, 자외선이나 온도 변화 등 여러 가지 환경요인이 있을 수 있지만 아직 명확히 밝혀진 것은 아니다. 그러나 일상적으로 돌연변이는 늘 일어나고 있으며 그것은 쉽게 관찰이 된다. 물론 대다수의 돌연변이의 경우는 생체 스스로 건강한 상태를 유지하고자하는 기전에 의하여 복구가 되지만, 간혹 실패하는 경우도 있다. 그 결과 체세포(신체를 구성하는 세포)의 돌연변이는 암으로 발전하기도 하며, 생식세포(알이나 정자)에서 일어나는 돌연변이의 경우에는 대부분 도태되지만, 성공적인 경우에는 이 글에서 언급하고자 하는 ‘진화’의 원인이 되기도 한다.
필자는 진화론의 옳고 그름에 대하여 왈가왈부하고 싶지 않다. 진화론은 언제든 바뀔 수 있지만 ‘진화’ 그 자체는 실제로 일어나는 사실적 현상이기 때문이다. 혹자는 생식세포에서 돌연변이가 일어나 새로운 종의 탄생으로 성공할 확률이 극히 적다는 것을 예로 들어, 진화 자체가 일어나기 쉽지 않음을 반박한다. 그러나 이 말은 ‘확률’이라는 수학적 개념 자체가 모든 조건이 동일할 경우에만 언급할 수 있다는 기본적 전제를 망각한 이야기일 뿐이다. 예를 들어 동전을 던져 앞 또는 뒤가 나올 확률의 조건은 동일해야 한다. 그러나 자연계에서 진화가 일어날 조건은 동일하지 않다. 그 조건의 다름이 대륙의 원숭이와 마다가스카르의 원숭이의 차이로 남게 된 것이다. 따라서 진화는 확률처럼 우연성이 매개되더라도 일방적인 수학적 확률 개념으로 재단될 수만은 없다.
1-2. 분자시계
대륙의 원숭이 종류가 매우 많고 다양한 것은 ‘진화압력’이라고 부르는 다양한 환경요인이 작용하였기 때문이다. 원시적인 영장류 유형에서 큰 변화 없이 지금껏 생존한 마다가스카르는 ‘대륙과 섬의 차이라는 규모’만큼 진화압력이 덜 작용하였기 때문이다. 바꾸어 이야기하면 진화 압력을 많이 받을수록 돌연변이의 숫자는 증가하지만, 진화압력을 덜 받게 되면 돌연변이에 의한 다양성은 줄어든다고 이야기할 수 있다. 그 돌연변이의 정량, 정성적 변화 추이를 우리는 눈으로 볼 수 있는 시대에 살고 있다. 과거에는 ‘손가락이 5지형이다’는 식으로 형태학적으로 계통을 분류하였지만, DNA구조의 규명 이후 현대 분자유전학의 엄청난 발전은 직접적인 이종 간의 근연관계를 밝힐 수 있는 도구를 제공하게 되었다.
다양성이 많을수록, 즉 돌연변이가 많을수록 해당 지역의 생물종은 진화 압력을 많이 받았다는 것이며, 거꾸로 다양성이 적을수록 진화 압력은 덜 받게 된다는 ‘적응방산’의 진화 이론을 누적된 돌연변이의 결과물인 DNA구조에 비교 적용하면, ‘언제’ 어느 ‘지역’에서 연구 대상의 생물종이 근연 관계에 있는 다른 종에서 분리되어 나왔는지 콜루고와 영장류의 관계처럼 그 계통근연관계를 추적하여 알 수가 있다. 그런데, 이 이론을 이종(異種) 간에 적용할 수도 있지만, 종 안에서 적용하면 시공간적으로 해당 종이 언제 어디서 이동을 하게 된 것까지 밝힐 수가 있다. 즉 진화압력이 높은 지역일수록 유전적 다양성이 비례적으로 높기 때문에 그 상대적 다양성의 차이로 시공간적 이동경로를 추적할 수 있는 것이다.
이것을 ‘분자시계’라고 하며 현대의 인류유전학자들은 ‘인류의 기원과 이동, 인종 혹은 민족 집단의 형성’이라는 근원적인 의문을 밝히는데 분자시계를 사용하고 있다. 그런데 한 쌍씩으로 이루어진 염색체는 기본적으로 부계 유전 계통과 모계 유전 계통이 뒤 섞이게 되는데, 환경에 대한 적응력을 높이기 위하여, 모양이 같은 두 염색체가 서로 교차하여 모습은 동일하지만 기능적으로는 전혀 다른 새로운 염색체를 만들기도 한다. 이것을 염색체교차(chiasma)라고 부르며 생식세포의 감수분열 시에 일어나는 현상이다.
신체의 구성물(주로 단백질로 이루어져 있음)은 세포핵에 각 구성 물질을 만드는 유전 정보(DNA)가 존재하며, 이로 부터 RNA라는 물질에 특정 정보가 전사(transcription)되어 그를 기초로 해당 구성물로 번역(translation)된 결과물이다. 마치 원본 주형틀(DNA)에서 구조물을 직접 적용하는 주형틀(RNA)을 복제한 후 시멘트를 부어 건물(단백질, 물론 여기서는 일꾼들 자체도 그렇게 만들어진다.)을 짓는 것과 유사하다. 이 때 통상 두 개의 주형틀 중 하나만을 사용한다. 따라서 염색체 교차는 그 주형틀을 뒤죽박죽 바꾸는 것과 같으며 양친으로부터 각기 동일한 유전자를 물려받아 닮긴 하였으나 얼굴이 각기 다른 형제, 자매들이 나오는 이유가 되기도 한다.
잘못된 상식 중 하나로 몽고반점이 한국인(혹은 몽고, 인디안 등 친족관계로 알려진 인류)을 분별할 수 있는 지표라고 이야기하는 사람이 있다. 실제로 몽고반점은 희미하게나마 백인이나 흑인 등 전 인류에게서 공히 나타나는 현상이지만, 그렇지 않다고 하더라도 단백질로 구성된 ‘몽고반점’이라는 표현형을 만드는 유전자는 뒤죽박죽 섞이는 과정에서 사라질 수도, 반대로 확대될 수도 있음을 주목해야한다. 제주도에 표류한 네덜란드인 하멜이 조선인 여자와 결혼하여 자손을 낳아서 몇 대를 거슬러 내려오면서 뒤죽박죽 섞이면서, 하멜의 직계 후손이 아니더라도 몽고반점 없는 누런 피부의 한국인도 존재할 수 있고, 루벤스의 그림 모델로도 유명한, 이탈리아에 노예로 팔려간 한국인 ‘안토니오 코레아’의, 역시 뒤죽박죽 섞인 하얀 피부의 후손 중 한 명이 몽고반점을 가지고 있을 수도 있는 문제이다. 몽고반점설은 기초적인 생물학적 지식으로도 쉽게 파악 가능한 근거 없는 낭설일 뿐이다.
그렇다면 직계 조상을 알 수 있는 확실한 다른 방법은 없을까? 만일 염색체 교차가 일어나지 않는 유전자가 있고, 그 돌연변이 상태를 분석한다면 분자시계의 지표로 사용될 수가 있을 것이다. 즉 계통을 정확히 파악하기 위해서는 뒤섞이지 않는, 어머니 또는 아버지 중 어느 한쪽으로만 유전되는 유전자가 있어야 하는 것이다.
그림 1-3 미토콘드리아의 구조 (출처: 중앙일보)
처음 인류유전학자들이 주목한 것은 미토콘드리아 DNA라는 것이었다. 세포의 에너지 대사에 관여하는 미토콘드리아는 세포질 안에 존재하지만, 염색체 교차가 일어나는 세포핵에서부터 출발하는 경로를 가지지 않고, 스스로 유전 정보를 가지고 있어, 자체적으로 증식을 하는 특이한 세포소기관이다.
생물학자들은 이러한 기현상을 아주 오랜 옛날, 어떻게 보면 기생충이었을지도 모르는 미토콘드리아의 ‘감염’이 일어난 결과라고 생각한다. 그러나 모세포와 미토콘드리아라는 두 생물체는 공생관계를 넘어 하나의 생명체로 합체되어, 서로가 없이는 살 수 없는 관계로 진화되었다. 식물체에서는 에너지를 소비하는 미토콘드리아 뿐 아니라 에너지를 생산하는 엽록체도 그와 유사한 자가 증식기관이다. 물론 식물세포도 에너지 생산 뿐 아니라 대사도 하기에 미토콘드리아는 존재한다. 감염논리를 적용하면, 결과적으로 원시 미토콘드리아의 감염 이후에 추가로 발생한 원시 엽록체의 감염여부가 식물과 동물을 나누는 분리 기준이 된 셈이다. 따라서 필자는 동물이 식물보다 먼저 생겼다고 본다. (이해하기 힘들지 모르지만, 원시 지구상에 이미 풍부하게 화학적으로 생성된 유기물을 섭취하는 동물이 발생한 후, 유기물의 고갈 즉 ‘생존의 필요성’이 직접 유기물을 생산하는 식물을 탄생시킨 배경으로 보인다. 엽록체 감염이 일어나지 않은 일부가 식물이 생산한 유기물을 소비하는 과정에서 종속영양생물로 발전한 것이다.)
한편 이 미토콘드리아는 세포질에 존재하기 때문에, 난자를 제공하는 모계로만 유전되며, 핵막으로 보호를 받는 다른 유전자에 비하면 돌연변이가 왕성한 수준으로 일어날 수밖에 없다. 따라서 매우 손쉽게 인류의 기원을 푸는 열쇠 역할을 하게 되었다.
또 다른 인류기원을 푸는 열쇠 유전자는 부계로만 유전되는 Y 염색체이다. Y 염색체의 상동염색체는 모양이 전혀 다른 X 염색체이기 때문에, 상호 교차에 의한 정보 물질의 교환이 일어나지 않는다. 물론 X 염색체 쌍을 가진 여성 세포에서는 정보 물질의 교환이 일어날 수 있지만 Y염색체는 적어도 부계로만 유전된다는 분자시계의 조건을 갖춘 셈이다. 그러나 이 Y 염색체는 핵막으로 보호받기 때문에 미토콘드리아 유전자에 비하면 돌연변이의 수준은 적게 일어날 수밖에 없다. 따라서 돌연변이 단계에 대한 세밀한 관찰을 하기가 쉽지 않은 단점이 있다.
그림 1-4. 유전자 정보의 변천과정 (출처 : National Genographics)
위의 그림은 각기 서로 다른 염색체(유전자) 유형을 가진 8사람의 선조로부터 4대를 거치면서 어떻게 유전자가 변형되는지 설명한 그림이다. 맨 아래 자손인 남녀 염색체 중에서 Y-염색체(작은 막대)와 미토콘드리아(동그라미)는 증조할아버지, 증조할머니의 염색체 중에서 각기 단 한 분의 것만을 물려받는데 반하여, 피부색과 골격 그리고 몽고반점 등을 형성하는데 기여하는 나머지 염색체는 8명의 증조할아버지, 증조할머니의 염색체의 단편들이 고르게 분포하고 있음을 알 수 있다.
1-3. 미토콘드리아 분석의 오류
이브를 추적하는 미토콘드리아 분석과 아담을 추적하는 Y염색체 분석의 두 가지 방법을 사용한 결과, 인류의 기원은 모두 사하라사막 남쪽의 동부 아프리카에서 시작되었다는 것을 알게 되었다. 그러나 문제는 이브가 아담보다 무려 84,000년 전에 먼저 태어났다는 황당한 결론이 나왔다. (과학동아 기사) 즉 미토콘드리아 분석에 의한 이브는 지금으로부터 143,000년 전에 출현한 것으로 되어 있지만, Y 염색체 분석에 의한 아담은 불과 59,000년 전 동부 아프리카에 살던 한 사람임이 밝혀진 것이다.
그림 1-5. 2가지 분자시계로 추적한 인류이동지도 (출처: 경향신문)
도대체 이것이 어찌된 일인가? 심지어 그림(1-5)에서 보는 바와 같이, 두 방법으로 유추한 인류의 유전자 이동 경로는 서로 매우 상이하기까지 하다. 과학자들은 남성들이 여성에 비해 Y 염색체를 후대로 전달하기 전에 죽을 가능성이 더 많아서 Y 염색체 계통이 현대까지 이어지는 데 방해를 받았다는 것을 그 이유로 든다.
필자는 인류유전학하고는 거리가 있는 사람이지만, 오늘 이 자리를 빌려, 생물학자들이 ‘쥬라기 공원’의 오류에 빠졌음을 지적하고자 한다. 물론 과학자들의 이야기가 아주 틀리다는 것은 아니다. 다만 중심을 무엇에 두어야 하느냐는 말을 하고자 한다. 무슨 이야기냐 하면, 기본적 가설(부계 또는 모계로만의 유전)의 연구 대상이 된 미토콘드리아가 실제로는 모계 유전만으로 이루어지는 것은 아니라는 것이다. 통상 난자 속에 유전되는 미토콘드리아는 20,000개가량 된다. 반면에 정자의 경우, 미토콘드리아는 머리 밑, 꼬리 윗부분에 밀착되어 존재하며, 이 미토콘드리아의 에너지 대사에 의하여 정자의 운동능을 제공 받는 것이다. 그런데, 수정이 될 경우, 핵물질을 가지는 머리만 들어가고 미토콘드리아가 존재하는 꼬리 부분은 제거된다. 그러나 머리 부분의 핵과 같이 딸려 들어가는 적은 수의 미토콘드리아가 있다. 이 개수가 약 40개 정도이다.
20,000개 대 40개는 ‘새 발의 피’라고 생각할지 모른다. 그러나 이것이 수 만년의 세대 전달 과정을 통하여, 적은 수의 미토콘드리아가 가져오는 작은 오류가 쌓이고 쌓이면, 최종적인 결과에 지대한 차이를 가져올 수 있는 결과를 낳을 수밖에 없다. 영화 쥬라기 공원에 나오는 수학자 말콤 박사가 지적했듯이, 북경의 나비 한 마리의 날갯짓과 같은 아주 낮은 가능성이 나중에는 뉴욕에 몰아치는 태풍 같은 결과를 가져올 수도 있다는 카오스 이론의 기본을 생물학자는 알고 있었어야 한다.
부언하자면 카오스이론은 100만년에 한번 있을까 말까한 가능성을 무참히 밟아버린, 첨단 유체역학으로도 해석을 못하는 비행기의 잦은 추락원인을 밝히기 위하여 창안된 이론이다. 그 추락 원인은 날개에 쌓이는 작은 얼음 때문이었다. 이러한 카오스 이론에 의하여 진화는 의도적으로 방향성을 가지고 일어나는 것이다. 아무리 적은 수의 미토콘드리아라도 그것이 급변하는 환경에 적합하다면 자연 ‘선택’되어 결과적 다수로 생존할 수밖에 없다. 피부색이나 몽고반점 등도 나머지 뒤섞인 유전정보의 극히 일부 정보에 기초한다고 할지라도 환경에 적합하다면 자연 선택되어 우성 유전되는 것이 진화의 방향성이다.
결국 필자가 보기에, 위 인류의 이동지도 해석의 결과는 Y 염색체를 통한 인류 이동과 분포의 결과가 더욱 정확할 수밖에 없다는 것을 의미한다. 다만 미토콘드리아 분석은 Y 염색체 분포의 보조 자료로서 활용의 가치가 있을 뿐이라고 생각한다. 또한 Y 염색체의 이동 지도는 문화인류사적으로 매우 유의미한 어떤 느낌을 제공하고 있으며, 특히 필자는 한국인의 형성과 관련하여 상당히 큰 ‘느낌’을 받게 되었다. 앞으로 이 이동지도를 근거로 기존의 인문사회학이 이루어 놓은 일반적 상식처럼 되어 버린 착각을 ‘깨는 이야기’를 하려한다. 다만 여기서는 몇 가지 인류의 기원에 대한 가설만 짚어보자.
1-4. 인류의 기원
왜 하필 아프리카가 인류의 기원일까? 여기에 대하여는 많은 진화학자들이 이야기하는 가설이 타당성이 있다. 그것은 아프리카를 가로지르는 홍적세의 조산운동 때문이었다. 아프리카를 종단하는 산맥의 형성은 아프리카 서부와 동부의 기후를 바꾸게 되었다. 즉 ‘동물의 왕국’ 같은 다큐멘터리에서 보는 바와 같이, 적도 근처의 '편서풍'이 아프리카 서부에는 많은 비를 뿌리게 되어 밀림이 형성된 반면, 동부 지방에는 드넓은 초원지대인 사바나가 형성되었기 때문이다.
침팬지와 인간의 공동조상은 이 환경변화로 인하여 두 방향으로 서로 갈리어 졌다. 밀림에 남은 침팬지와는 반대로 사바나에 내동댕이쳐진 인간의 조상은 적나라하게 노출된 환경에서 사자, 표범 등의 거대한 고양이과 맹수들의 공격을 피하기 위하여, 두 다리는 길어졌고 서서 뛰어 도망가기 좋은 상태로 진화를 하게 되었다. 베스트셀러였던 ‘털 없는 원숭이’의 저자(Desmond Morris, 분류학적 개념으로 ‘긴꼬리 원숭이’처럼 인간을 객관적으로 평가할 때 가장 적합한 용어라고 저자는 그렇게 불렀다.)는 인간의 털이 빠진 이유가 사냥 또는 도망치는 생활 속에서 상습적으로 올라가는 신체의 온도 조절을 위한 것이라는 가설을 내어놓았지만, 또 다른 새로운 가설은 밀림에서는 존재하지 않는 바닥 생활의 더러운 환경에서 기생충 감염이 상시적으로 일어났기 때문에 이를 예방하기 위하여 사자처럼 털이 빠졌다는 가설도 있다.
필자의 지인 중 한 사람은 초기 인류가 사냥보다는 훨씬 편리한 어로를 중심으로 생활했고 따라서 염분 섭취가 많아 그 영향으로 돌고래처럼 털이 빠졌을 것이라는 또 다른 가설을 제공했는데, 실제로 이와 유사한 가설은 1960년대 엘리스 하디에 의해 제안되었고, 이후 학계의 주목을 받지 못하다가 최근에 새로이 부각되고 있는 가설로서 수생유인원 이론(Aquatic ape theory, AAT)이라고 부를 정도로 유명하다는 사실을 알게 되었다. 그 증거가 털을 주요 단열재로 사용하는 다른 영장류보다 10배나 더 많은 피하지방층의 존재가 돌고래처럼 수생 생물에 필요한 단열재로서 기능하는 것과 매우 유사하며, 뇌의 발달에 절대적으로 필요한 DHA라는 화학물질이 많은 식량은 초원이나 숲이 아니라, 해양생물로부터 얻을 수밖에 없기 때문이다. 이러한 털이 빠지는 인류 진화가 일어난 원인은 500만 년 전 아프리카에서 일어난 대홍수 때문이라는 가설이다.
그림 1-5. 인류유골의 변화
아무튼 털이 빠진 것 이외에 최초의 사바나(혹은 수생환경 아마도 습지)에서 일어난 돌연변이 중 중요한 또 하나의 특징은 턱 근육의 퇴보로 씹는 기능이 약화된 것이다. 인류가 분기된 이후 200만년 동안 두개골 용량은 3배가량 증가하는데, 고고학적으로 250만 년 전에 이미 도구가 발견된 것은 턱 근육의 퇴화로 인한 지적 능력의 상대적 향상이 결정적이었음을 나타낸다. 그러나 두개골이 커졌다고는 하지만, 언어 능력은 발달하지 못했다고 한다. 왜냐하면, 말하기와 문법에 영향을 주는 FOXP2(forkhead box P2)라는 유전자의 돌연변이는 불과 20만 년 전에 일어났기 때문이다. 여기서 잠깐 …… 250만 년 전의 조상 인류와 20만 년 전의 인류 그리고 이 글에서 이야기하는 모든 화석 인류는 그 ‘종’이 다르다는 사실을 염두에 두자.
“1년 전 영국의 의학자들이 FOXP2라는 유전자를 발견했다. 이 유전자가 망가진 환자는 심각한 언어장애가 생긴다. 그래서 우리 연구팀이 사람과 영장류의 FOXP2를 비교했다. 이 유전자는 715개의 아미노산으로 구성된 단백질을 만든다. 그런데 사람과 침팬지는 2개의 아미노산이 근본적으로 달랐다. 인간의 FOXP2에 돌연변이가 일어난 것은 13만∼20만 년 전으로 추정된다. -이는 현생인류가 탄생한 시점과 일치한다- 이 돌연변이로 인해 인간은 밀리초(1000분의 1초) 단위로 성대와 혀 그리고 입을 매우 정교하게 조화시켜 복잡한 발음을 할 수 있는 능력을 갖게 된 것으로 보인다.” (2002. 10. 28 일자 과학동아 기사, -막스플랑크 진화인류학 연구소 스반테 파보 소장 인터뷰- 중)
그림 1-6 FOXP2 유전자 발현 단백질의 구조(출처 : Wikipedia)
인류의 언어생활은 사회생활을 반증하는 증거이기는 하지만, 주의할 것은 언어를 사용하지 않더라도 인류는 기본적으로 사회적 또는 유적(類的) 존재임을 알아야 한다. 어떠한 영장류도 집단생활을 하지 않는 종은 존재하지 않는다. 물론 여타의 수많은 동물들(예, 개미, 들소, 얼룩말 등)도 그러하다.
참고로 침팬지와 보노보(피그미 침팬지)는 인류와 그들의 조상이 분기된 이후에 따로 분기된 것으로 보이는데, 이들의 사회생활의 특성은 매우 상이하다. 보스 중심이며 별도의 발정기를 갖는, 따라서 경쟁사회의 ‘우성 유전’의 전략을 채택한 침팬지 사회와 달리, 인류와 몹시 유사하게 상시적인 섹스가 가능한 보노보사회는 일반적으로 집단 내부에서는 난교가 이루어지지만, 이질적인 집단 간에 교혼(시집, 장가보내는 것)도 이루어지는 방식을 사용하여 ‘잡종 강세’의 유전 전략을 채택하였다. 종마다 환경에 대응하는 방식과 전략은 매우 상이하다. 자연계는 약육강식만이 존재하는 것이 아니다.
아무튼 우연의 일치 같은 7번 염색체 상의 FOXP2 돌연변이로 언어를 사용하기 시작한 20만 년 전은 Homo sapiens의 선조와 Homo neanderthalius 종이 나타나 중기 구석기가 비로소 시작되는 고고학 시기와 맞물린다. 과거에는 네안데르탈인과 현생 인류는 근연관계에 있는 아종(亞種, 종 밑의 카테고리, 동물계의 학명은 ‘속명 종명 아종명’의 순이다.)의 수준이라고 생각하여, Homo sapiens neanderthalius와 Homo sapiens sapiens로 나누었지만, DNA 분석의 결과 두 종간에 전혀 교배에 대한 증거를 발견할 수가 없어, Homo neanderthalius와 Homo sapiens로 학명이 정정되었다. 현생인류가 네안데르탈인 보다 먼저 발생하였을 지도 모르는 화석증거가 있다고 하지만, 유전자로 미루어 20만 년 전에 발생한 인류는 현생인류의 원형이 되는 고인류일 것이다. 미토콘드리아와 Y염색체 유전자가 밝혀주는 최초의 이브와 아담보다 실제 현생 인류의 탄생은 더 오래될 수도 있으므로 7번 염색체 상의 FOXP2 돌연변이가 일어난 20만 년 전을 그 기점으로 잡는데 큰 무리는 없을 것이다. 최근의 연구결과는 네안데르탈인 역시 FOXP2 돌연변이형을 가지고 있어 언어생활을 영위한 인류였음을 보고하는 기사를 읽었다.
1-5. 인류의 이동과 구 인류의 멸종
가장 먼저 아프리카를 벗어나 이동한 인류는 50만 년 전 ~ 5만 년 전 사이까지 존재한 Homo electus였으며, 이들은 ‘연천의 전곡리 구석기 유적’을 남긴 한국을 포함하여 시베리아를 포함한 동아시아 지역으로 광범위하게 이주하였다. 흔히 북경원인, 자바원인으로 분류하는 인류가 이 무리에 속한다. 두 번째로 아프리카를 벗어난 인류는 20만 년 전 ~ 3만5천 년 전까지 존재한 Homo neanderthalius이며, 이들은 주로 중동지방을 거쳐 유럽지방으로 이주하여 살았다. 따라서 이들 두 종류의 인류와 현생인류는 마지막 어느 시점(20만 년 전 ~ 5만 년 전까지)까지 지역은 달라도 동시대에 공존하였다는 이야기가 된다. 네안데르탈인과 현생인류는 거의 동시대에 출현하여 네안데르탈인이 멸종한 3만5천 년 전까지 더불어 살은 셈이다.
왜 이들 인류가 아프리카를 벗어나 이동을 했을까? 정설이 없지만, 추측컨대, 빙하의 후퇴에 따라 지구의 기온이 높아지게 되면서, 아프리카 수면병의 병원소인 체체파리의 증식에 의한 전염병 증가 등 열대성 질환이 그 원인이 되지 않았나 싶다. 이른 시기 동아시아 지역으로 이주한 Homo electus는 ‘불을 발견’하여, 냉혹한 빙하기 시기인 35만 년 전에도 한반도를 넘어 시베리아까지 이동했음은 화석상 증거가 밝혀준다. 따라서 빙하기는 신인류로의 진화를 촉진할지언정 이미 고도로 진화한 인류에게 직접적인 멸망원인이 되지는 못한다.
그림 1-7. 기후변동 그래프(출처: 인터넷정보)
그림 1-7은 필자가 인터넷 검색으로 얻은 남극의 빙하에서 측정한 기후변동 그래프라고 한다. 그림과 지질학적 연대명칭으로 미루어 20만 년 전 ~ 13만 년 전까지가 리스(Riss)빙기로 보이며, 10만 년 전 ~ 3만 년 전까지가 뷔름(Wurm)빙기로 보인다. 그렇다면 언어능력이 고도로 발달한 현생인류의 선조 및 네안데르탈인이 태어난 20만 년 전은 바로 리스빙기가 시작되는 시점이다. 갑자기 불어 닥친 빙하기의 추위가 진화압력으로 작용했음을 의미한다.
11만 5천 년 전으로 추정되는 네안데르탈인의 유골이 유럽에서 발견되었다. 이는 그림 상의 13만 년 전 ~ 10만 년 전 사이의 리스빙기와 뷔름빙기의 사이인 간빙기가 되는 시기로 네안데르탈인의 유럽지방으로의 이동을 촉진시킨 것으로 짐작된다. 따뜻해진 간빙기가 아프리카의 열대성질환의 증가 그리고 고인류의 북방으로의 이동을 촉진시켰다는 가설을 성립시킨다. 그러나 이 시기 현생인류의 선조는 아직 이동하지 않고 아프리카에서 그냥 생존하였다.
그림을 좀 자세히 살펴보면 북경원인(Homo electus)이 멸종한 5만 년 전은 빙하기 안에서도 다시 어느 정도 따뜻한 기후가 생겼던 시기이다. 그런데, 이 시기는 묘하게도 현생 인류가 자바원인(Homo electus의 원시형)이 사는 남태평양 지역으로 이동한 시기와 맞물리며, 그리고 네안데르탈인이 멸종한 4만~3만 년 전에는 현생 인류가 유럽으로 이동한 시점(현재 간빙기의 시작 시점)과 묘하게 일치한다. (그림 1-8) 정말 과거 약육강식의 논리대로 격렬한 돌도끼 전쟁에 의한 인종 학살이 있었을까? 그런 증거는 아직 밝혀지지 않았다. 다만, 초원 지역에 더욱 거주하기 편리한 형태로 진화한 고릴라는 인간과의 상호 경쟁에서 밀려 높은 산악지대의 원시림 속으로 그 주거환경을 옮겼다는 가설이 있다. 혹시 로키산맥의 싸쓰콰치, 히말리야의 설인 이야기도 허무맹랑한 낭설만이 아니라 그렇게 경쟁에서 밀린 또 다른 인류의 이야기일지도 모른다.
그림 1-8 인류이동연도 (출처: 중앙일보)
화석유골의 연대측정 상 5만 6천 년 전 호주에 첫발을 내딛은 신인류가 2만 년 전까지 호주 대륙의 거대 포유동물을 사냥하여 멸종시켰다는 가설이 유력하다. 따라서 필자의 생각으로는, 직접적인 인종청소와 같은 돌도끼 전쟁보다는 신인류의 이러한 높은 수준의 사냥기술 자체가, 현재의 간빙기 사이에 간혹 불어 닥친 소빙기와 지속되는 더위로 인한 건기를 더욱 냉혹하게 만들어 수렵 및 채집생활에 의존하여야 했던 구인류의 멸종을 촉진시킨 하나의 원인제공자였을 것으로 추측할 뿐이다. 그러나 최근 네안데르탈인의 두개골이 예리한 칼로 썰린 흔적을 발견된 것으로부터 신인류인 크로마뇽인이,……말하기는 싫지만……, '먹었다'는 기사도 있었다.
이 글은 자연과학분야의 전문가이면서 '샤카스바비큐'의 어드바이저인 이영득 박사의 개인블로그에서 옮겨 저장한 글입니다.
바비큐는 인류학에서 생존과 진화에 직접적인 연관성을 가지고 있으므로 연구자료로 활용하고자 이 곳에 자료를 옮겨 놓습니다.
기존의 일반화된 견해와 다른 부분이 있을 수도 있지만 그런 면에서 연구할 가치가 있다고 느끼는 샤카의 의도와 일치하므로 연구자료로 활용 계획임.