생명과학 고2 생명의 연속성과 다양성 심화

계통수

생물들의 진화적 유연관계를 나무 형태로 표현한 도표로 분기분류학에 기반한다.

생물들이 공통 조상에서 갈라져 나온 진화적 유연관계를 나무 모양으로 나타낸 그림으로, 갈라지는 지점(분기점)이 공통 조상을 뜻합니다.

가계도가 '누구에게서 태어났는가'를 그린 것이라면, 계통수는 '어떤 조상에서 갈라졌는가'를 그린 것입니다. 다만 계통수의 조상은 대부분 이미 사라진 종이라 그림에는 갈림길로만 남습니다.

쉽게 말하면

종 분화가 반복되면 하나의 조상 종에서 여러 종이 갈라져 나옵니다. 그 갈라짐의 순서와 관계를 나무 모양으로 정리한 것이 계통수입니다.

계통수를 읽는 규칙은 세 가지입니다. (1) 가지 끝은 지금 살아 있는(또는 화석으로 확인된) 종입니다. (2) 갈라지는 지점(분기점)은 두 갈래가 공유하는 공통 조상입니다. (3) 유연관계의 가까움은 공통 조상이 얼마나 최근인가로 판단합니다. 최근에 갈라졌을수록 가까운 관계입니다.

계통수를 그리는 근거는 형태적 특징뿐 아니라 DNA와 단백질의 염기·아미노산 서열입니다. 두 종의 서열이 비슷할수록 갈라진 지 얼마 안 된 것으로 봅니다. 형태는 서로 다른 조상에서 비슷한 환경 때문에 닮아 버릴 수 있지만(수렴), 유전자 서열은 그런 착시가 훨씬 적어 더 신뢰할 수 있는 증거로 쓰입니다.

가장 흔한 오해는 계통수를 '진보의 사다리'로 읽는 것입니다. 계통수의 오른쪽 끝에 있는 생물이 왼쪽 끝보다 더 진화한 것이 아닙니다. 가지 끝에 있는 모든 종은 공통 조상에서 갈라진 뒤 똑같은 시간을 살아왔습니다. 사람이 침팬지에서 진화한 것이 아니라, 사람과 침팬지가 공통 조상에서 각자의 길로 갈라진 것입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

분기점이 곧 공통 조상

계통수에서 두 종을 손가락으로 짚고 아래로 따라 내려가다 처음 만나는 갈림길이 그 둘의 가장 가까운 공통 조상입니다. 이 갈림길이 최근일수록(위쪽일수록) 두 종의 유연관계가 가깝습니다.
예시 2

가지는 회전할 수 있다

계통수의 가지는 분기점을 축으로 좌우를 바꿔 그려도 담고 있는 정보가 똑같습니다. 모빌을 돌려도 매달린 구조가 바뀌지 않는 것과 같습니다. 따라서 '옆에 나란히 그려져 있다'는 사실만으로 가까운 관계라고 판단하면 안 됩니다.
예시 3

분자 서열로 유연관계 재기

여러 종에서 같은 단백질의 아미노산 서열을 비교해, 차이가 적은 종끼리 먼저 묶고 차이가 큰 종을 나중에 붙이는 방식으로 계통수를 구성합니다. 형태만으로는 헷갈리는 관계도 서열을 보면 정리되는 경우가 많습니다.

자주 하는 오해

가지 끝에서 나란히 있으면 가까운 관계라고 읽기

이렇게 생각하기 쉬움계통수에서 이 두 종이 바로 옆에 붙어 있으니 가장 가까운 관계다

실제로는가까움은 옆자리가 아니라 공통 조상(분기점)이 얼마나 최근인가로 판단합니다. 가지는 회전해 그릴 수 있으므로 옆자리는 아무 의미가 없습니다.

계통수의 정보는 '가지가 어디서 갈라지는가'에만 들어 있습니다. 좌우 배치는 그림을 보기 좋게 만들려고 정한 것일 뿐입니다. 두 종을 짚고 아래로 내려가 처음 만나는 갈림길이 어디인지를 항상 확인하세요.

계통수를 '진화의 사다리'로 읽기

이렇게 생각하기 쉬움사람은 계통수의 맨 끝에 있으니 가장 많이 진화한 종이고, 사람은 침팬지에서 진화했다

실제로는가지 끝의 모든 종은 공통 조상에서 갈라진 뒤 똑같은 시간을 진화해 왔습니다. 사람과 침팬지는 서로에게서 갈라진 것이 아니라 공통 조상에서 각각 갈라졌습니다.

계통수는 우열이나 순위를 나타내는 그림이 아니라 갈라진 순서를 나타내는 그림입니다. 현재 살아 있는 종은 모두 '지금까지 살아남은 가지의 끝'이라는 점에서 동등합니다. '더 진화한 종'이라는 표현 자체가 계통수를 잘못 읽은 결과입니다.

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종 분화고2

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자주 묻는 질문

Q1계통수의 분기점에 있는 조상 종을 실제로 볼 수 있나요?

대부분은 볼 수 없습니다. 공통 조상은 이미 멸종한 경우가 많고, 화석으로 발견되는 것은 그중 일부뿐입니다. 그래서 계통수의 분기점은 '이런 조상이 있었을 것'이라는 추론으로 그려집니다.

Q2형태가 비슷하면 유연관계도 가까운가요?

꼭 그렇지 않습니다. 서로 먼 관계인 생물도 비슷한 환경에 적응하면 비슷한 모습이 될 수 있습니다. 그래서 형태만으로 판단하면 틀리기 쉽고, DNA나 단백질 서열 같은 분자 증거를 함께 봅니다.

Q3계통수는 한번 그리면 바뀌지 않나요?

새로운 화석이나 유전자 자료가 나오면 수정됩니다. 계통수는 확정된 사실이 아니라 지금까지의 증거로 세운 최선의 추정입니다. 증거가 늘면 더 정확한 나무로 다시 그려집니다.

교육과정 2022 개정 · 고2 생명과학 · 생명의 연속성과 다양성 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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