통합과학 중3 생식과 발생, 유전과 진화 심화

유전과 진화

다윈의 자연 선택 이론과 진화의 증거, 생물 변이의 원인을 탐구한다.

진화는 오랜 세월에 걸쳐 생물 집단의 형질이 변해 새로운 종이 나타나는 과정이며, 다윈은 그 원리를 변이가 있는 개체들 중 환경에 유리한 것이 더 많이 살아남아 자손을 남기는 자연 선택으로 설명했습니다.

자연 선택은 누군가 '좋은 형질을 만들어 주는' 것이 아니라, 이미 다양하게 존재하는 것들 중에서 환경이 골라내는 체(거름망)에 가깝습니다. 체는 무엇도 새로 만들지 않고, 걸러 낼 뿐입니다.

쉽게 말하면

출발점은 생식과 유전에서 배운 변이입니다. 같은 종 안에서도 개체마다 형질이 조금씩 다릅니다. 이 차이가 생기는 근본 원인은 염색체와 DNA에 있습니다 — 감수 분열 과정에서 부모의 염색체가 다양하게 조합되고, 여기에 DNA에 일어나는 돌연변이가 새로운 변이를 보태기 때문입니다. 중요한 것은 이 변이가 '필요해서' 생기는 것이 아니라 미리, 무작위로 존재한다는 점입니다.

다윈의 자연 선택은 네 단계로 정리됩니다. 첫째, 생물은 살아남을 수 있는 수보다 훨씬 많은 자손을 낳습니다(과잉 생산). 둘째, 그 자손들 사이에는 다양한 변이가 있습니다. 셋째, 먹이와 공간이 한정되어 있어 생존 경쟁이 일어납니다. 넷째, 그 환경에서 조금이라도 유리한 변이를 가진 개체가 더 오래 살아남아 더 많은 자손을 남깁니다. 그 형질은 유전되므로 세대가 거듭될수록 집단에서 그 형질의 비율이 높아집니다. 이것이 쌓이면 진화입니다.

진화가 실제로 일어났다는 증거는 여러 갈래에서 모입니다. 화석은 과거 생물과 현재 생물을 잇는 중간 형태를 보여 주고, 사람의 팔·고래의 지느러미·박쥐의 날개처럼 겉모습과 하는 일은 달라도 뼈의 기본 구조가 같은 기관(상동 기관)은 공통 조상을 가리킵니다. 서로 다른 생물의 DNA 염기 서열이나 단백질의 아미노산 서열을 비교하면, 가깝다고 여겨지는 종일수록 서열도 비슷합니다.

주의할 점은 진화의 주체가 개체가 아니라 집단이라는 것입니다. 한 마리 나방이 살아 있는 동안 색이 바뀌는 것이 아니라, 세대를 거치며 집단에서 어떤 색의 비율이 높아지는 것이 진화입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

항생제 내성 세균

항생제를 쓴다고 세균이 내성을 '만들어 내는' 것이 아닙니다. 원래 집단 안에 돌연변이로 내성을 가진 세균이 아주 소수 섞여 있었고, 항생제가 나머지를 죽이는 동안 그것들만 살아남아 번식해 집단 전체가 내성을 갖게 된 것입니다. 자연 선택이 몇 년 만에 눈앞에서 일어나는 사례입니다.
예시 2

다윈이 관찰한 핀치의 부리

같은 조상에서 갈라진 핀치들이 섬마다 먹이가 달라지자 부리 모양이 서로 다르게 굳어졌습니다. 단단한 씨를 먹는 섬에서는 굵고 강한 부리가, 곤충을 잡는 섬에서는 가늘고 뾰족한 부리가 살아남기에 유리했기 때문입니다. 같은 변이라도 환경이 다르면 유리한 것이 달라집니다.
예시 3

상동 기관 — 사람의 팔, 고래의 지느러미, 박쥐의 날개

헤엄치고, 잡고, 나는 전혀 다른 일을 하지만 안쪽 뼈의 배치는 서로 대응됩니다. 처음부터 각각 따로 설계되었다면 이렇게 같은 구조를 공유할 이유가 없습니다. 공통 조상의 앞다리가 환경에 따라 다르게 변형된 결과라고 보아야 자연스럽습니다.

자주 하는 오해

필요해서, 또는 자주 써서 형질이 생겼다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움기린이 높은 잎을 먹으려고 목을 늘이다 보니 목이 길어졌고, 그 길어진 목이 자손에게 전해졌다

실제로는원래 기린 조상 집단에는 목 길이가 다양한 개체들이 있었고, 그중 목이 긴 개체가 먹이를 더 잘 얻어 자손을 더 많이 남겼습니다. 세대를 거치며 긴 목의 비율이 높아진 것입니다.

생물은 필요에 맞춰 형질을 주문 제작할 수 없습니다. 변이는 필요와 무관하게 미리 무작위로 생기고, 환경은 그중에서 고를 뿐입니다. 또한 살면서 얻은 형질(운동으로 키운 근육 같은 것)은 생식세포의 유전자를 바꾸지 못하므로 자손에게 전해지지 않습니다.

진화를 '더 우수한 쪽으로 나아가는 진보'로 보기

이렇게 생각하기 쉬움진화는 생물이 점점 완전해지는 과정이고, 그 끝에 가장 발달한 인간이 있다

실제로는진화에는 정해진 방향도, 목표도 없습니다. 그 환경에서 유리한 형질이 늘어날 뿐이고, 환경이 바뀌면 유리했던 형질이 곧바로 불리해질 수 있습니다.

'우수함'은 환경에 대해서만 정의됩니다. 어두운 나무껍질에서 유리한 색은 밝은 껍질에서는 불리합니다. 수억 년째 거의 그대로인 생물도, 구조가 단순한 세균도 실패작이 아니라 각자의 환경에 잘 맞는 상태입니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

생식과 유전중3 염색체와 DNA중3

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

생물 다양성과 유지고1

같은 단원의 개념 — 생식과 발생, 유전과 진화

생식과 유전중3 염색체와 DNA중3

자주 묻는 질문

Q1변이는 어디에서 생기나요?

크게 두 갈래입니다. 하나는 유성 생식 과정에서 부모의 염색체가 다양하게 조합되어 생기는 변이이고, 다른 하나는 DNA에 일어나는 돌연변이입니다. 돌연변이는 새로운 유전자를 만들어 내는 유일한 원천이라 진화의 재료가 됩니다.

Q2환경 때문에 생긴 변화는 다 유전되나요?

아닙니다. 유전되는 것은 생식세포의 유전자에 담긴 변화뿐입니다. 햇볕에 그을린 피부나 운동으로 키운 근육처럼 살면서 몸에 생긴 변화는 자손에게 전해지지 않습니다. 자연 선택이 작동하려면 그 형질이 유전되는 것이어야 합니다.

Q3진화는 눈으로 확인할 수 없는 옛날 이야기 아닌가요?

세대가 짧은 생물에서는 사람이 지켜보는 동안에도 일어납니다. 항생제 내성 세균이나 살충제 저항성 해충이 대표적입니다. 세대 시간이 긴 생물의 진화는 화석과 유전자 비교 같은 증거로 확인합니다.

교육과정 2022 개정 · 중3 통합과학 · 생식과 발생, 유전과 진화 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

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

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