새(鳥)의 족보를 다시 쓴 과학자들

http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=253848&cont_cd=GT
KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-15
새들은 운 좋게도, 대부분의 공룡을 몰살시켰던 대멸종(mass extinction)의 참사에서 살아남았다(http://news.sciencemag.org/evolution/2014/05/how-birds-survived-dinosaur-apocalypse). 네 갈래의 `깃털 달린 공룡`들은 참사를 극복하고, 6,600만 년 동안에 걸친 진화를 통해, 오늘날 약 10,500종의 현대 조류를 탄생시켰다. 그러나 초기에 너무 빠르게 번성했던 탓에, 현대 조류들 간의 혈연관계를 확정하기는 매우 어려웠다. 이제 과학자들은 48종의 새 게놈을 분석하여, 새의 계통발생도에 얽힌 복잡한 문제를 해결할 수 있게 되었다. 첨부된 7장의 슬라이드들은, 이번에 과학자들이 새의 DNA로부터 알아낸 놀라운 사실들이다. 1. 평균적으로, 조류의 게놈은 포유류의 게놈보다 70%나 작은 것으로 밝혀졌다. 그렇다면 조류의 게놈에는 뭐가 부족할까? 첫째, 조류의 게놈에는 비코딩 DNA(noncoding DNA: 단백질을 코딩하지 않는 부분)가 매우 적다. 둘째, 조류의 게놈에는 `반복되는 유전자(repeated genes)`와 `바이러스 게놈(viral genome)의 기여분`이 적다. (다른 생물체들의 경우, 바이러스 게놈의 기여분은 DNA의 크기를 늘리는 주요 요인이다.) 조류의 게놈이 그렇게 작아진 이유는 아직 알 수 없다. 그러나 일부 연구진은 "작고 매우 효율적인 게놈 때문에 세포의 무게가 가벼워져, 하늘을 나는 데 도움이 됐을 것"이라고 생각하고 있다. 2. 조류의 진화과정을 좀 더 잘 이해하기 위해, 연구진은 조류의 게놈을 `현존하는 가장 가까운 친척`인 악어의 게놈과 비교했다. [공룡과 악어와 조류는 모두 조룡(archosaurs)에 속한다.] 악어 3종의 DNA를 분석한 결과, 악어의 게놈은 지난 5,000만~1억 년 동안 거의 변하지 않은 것으로 밝혀졌다. 연구진은 조류와 악어의 게놈을 비교하여, 조룡의 공통조상의 게놈을 재구축할 수 있었다. 3. 조류의 진화과정과 관련하여 오랫동안 제기되어 왔던 의문은 `발성학습 능력(vocal learning faculty)`이 어떻게 진화되었는가?`라는 것이었다. 발성학습 능력은 단 한 번 진화되었을까, 아니면 각 그룹(벌새과, 명금류, 앵무새)별로 각각 진화되었을까? 연구 결과, 조류의 발성학습 능력은 여러 차례 진화된 것으로 밝혀졌다. 한편 인간과 명금류(songbirds)의 뇌에서 각각 `언어영역`과 `발성학습 능력에 관여하는 영역`을 비교분석해 보니, 55개의 유전자가 증폭되거나 억제된 것으로 밝혀졌다. 이는 이 복잡한 행동(인간의 언어 또는 새의 울음소리)이 진화되는 과정에서 공통의 도구세트(tool set)가 사용되었다는 것을 시사한다. 4. 대부분의 현대 조류는 눈에 4가지의 색깔 수용체를 보유하고 있어, 4색시(tetrachromatic vision)라고 불린다. 이는 3색시(trichromatic vision)인 인간이나 대부분의 포유류에 비해, 더 넓은 범위의 광선을 감지할 수 있다는 것을 의미한다. 특이한 점은, 펭귄의 경우 하나의 색깔 수용체를 잃어 3색시로 분류된다는 것이다. 5. "독수리나 매와 같은 포식성 조류들의 형질은 계통발생도 상의 다른 부분에서 두 번 진화되었다"는 것이 지금까지의 정설이었다. 그러나 이번에 새로 그려진 조류의 계통발생도에 의하면, "모든 육생조류들(land birds)은 하나의 정점 포식자(apex predator)에서 갈라져나왔지만, 대부분의 육생조류들은 - 비둘기에서 벌새과(hummingbirds)에 이르기까지 - 이러한 포식형질을 상실했다"고 한다. 6. 새들의 아름다운 깃털이 독특한 색깔과 질감을 갖는 것은, 부분적으로 베타케라틴(β-keratin)이라는 단백질 때문이다. 그런데 연구진이 다양한 집단의 새들을 비교해 보니, 수생조류들(water birds)이 가장 적은 종류의 베타케라틴을 보유하고 있고, 육생조류들은 수생조류보다 두 배 많은 베타케라틴을 보유하고 있으며, 사육조[금화조(zebra finch), 작은 앵무새(budgerigar), 닭 등]의 경우 수생조류의 여덟 배에 달하는 베타케라틴을 보유하고 있는 것으로 밝혀졌다. 사육조가 수생조류보다 여덟 배나 많은 베타케라틴을 보유하고 있다는 것은, 보다 많은 색깔을 원하는 인간들이 육종을 통해 색소 단백질의 증가를 촉진했다는 것을 의미한다. 7. 연구진은 비교유전체학 분석을 통해, "모든 현대조류의 공통조상은 광물질 치아(mineralized teeth)를 갖고 있지 않았으며, 새들이 치아를 상실한 것은 약 1억 1,600만 년 전의 일이다"라고 보고했다. 현재 지구상에 서식하는 `이빨 없는 새`들은 약 10,500종이다. 이에 반해 치아가 없는 포유류는 개미핥기, 수염고래, 천산갑(pangolin) 등 몇 가지에 불과하다. ※ 참고기사: 1. http://www.nature.com/news/flock-of-geneticists-redraws-bird-family-tree-1.16536 2. http://scienceon.hani.co.kr/221802 3. 동영상 http://youtu.be/RcqRXMocu30 bird.JPG http://news.sciencemag.org/biology/2014/12/slideshow-untangling-bird-family-tree