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Nov 26. 2023
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유성 생식이 만들어 낸 혁신
하나님이 그들에게 복을 주시며 이르시되 생육하고 번성하여 여러 바닷물에 충만하라 새들도 땅에 번성하라 하시니라
- 기독교 경전, 창세기 1장 22절
우리는 이전의 글에서 유성 생식이 왜 이렇게 지구상에서 흔히 나타나게 되었는지에 대해 알아보았다. 유성 생식은 서로의 유전자를 뒤섞는 방법론을 제공함으로써 급변하는 다양한 환경에 적응할 수 있도록, 그리고 이러한 변이를 통해 진화에 속도를 더해 나가게 해 주었다는 것을 살펴보았다. 이번 글에서는, 이런 이론적인 배경을 지나서 현실 세계로 돌아와 보자.
생식의 진화와 경계 지나가기
이러한 생식은 지구상 생명체의 모습을 어떻게 바꾸어 놓았을까? 생식 방법의 진화는 곧 생물의 활동 반경과도 밀접한 관련이 있다. 본디 바닷속, 온 주변이 생명을 주는 물로 가득한 편안한 세상에서(미주 1) 건조하고 척박한 물 밖으로 나아간 장대한 생명의 여정은 생식 과정의 변화에서 기원한다. 가장 초기의 유성생식성 생명체들은, 아마도 만들어 낸 자신의 반쪽, 즉 생식 세포(전문적인 용어로는 배우자, gamete 라고 부른다)을 주변을 온통 감싸고 있는 물에 흩뿌렸을 것이다(그림 1). 물 속으로 풀려난 생식 세포들은 자유롭게 유영하고, 때로는 편모 따위를 이용해 물 속에서 능동적으로 헤엄치며 짝을 찾아 돌아다녔을 것이다. 그러다가 정자와 난자가 우연히 마주치게 되면 이들은 결합하여 접합자(zygote, 두 가지 배우자가 만나 합쳐진 상태)를 이루며 이 접합자는 분열하고 성장하며 발달해 새로운 생명체가 되었을 것이다(지금도 연체동물을 비롯한 수많은 수생 생물들은 이렇게 살아간다).
그림 1. 많은 수상 생물들은 난자와 정자를 물 속에 대량으로 뿜어낸다. 사진은 성게. 식용 해산물들에 맛 좋은 생식소가 그렇게 듬뿍 들어 있는 이유는 이 때문이다.
그러다가, 치열한 경쟁에 떠밀려 변두리로 내던져진(또는 개척한) 생명체들이 있었을 것이다. 이들은 안락하고, 촉촉한 물 속에서 건조한 육지로 밀려났다. 그나마 육지에서 이따금 물이 들어오고, 쨍쨍한 태양 빛을 피해 건조를 피할 수 있는 해변 근처의 축축한 그늘가에서 일부 바다 생명체들은 육지로 올라오기 시작했다. 그럼에도 불구하고, 이들은 여전히 똑같은 방식을 이용해 번식했다. 포자와 같은 생식 세포를 주변에 흩뿌려, 축축한 땅이나 근처의 흐르는 물을 타고 생식 세포들이 이동하는 방식이었다(지금도 이끼나 버섯 따위는 이렇게 번식한다). 이는 동물도 마찬가지여서, 지금의 물고기가 암컷이 알을 산란하면 수컷이 그 위에 정자를 뿌리는 체외 수정을 하듯 몸 밖의 물 속 환경에서 난자와 정자의 만남이 이루어졌다. 그러나 이러한 방식은 치명적인 단점이 있는데, 건조한 환경(예컨대 태양빛이 닿는 육지) 에서는 써먹을 수가 없다는 것이다(건조함은 생식 세포들의 이동과 생존을 방해한다). 초기의 육지 동물들은 육지에서 먹고 자는 문제를 해결하다가, 알을 낳을 때에만 물 근처로 가거나 물과 육지를 왔다갔다하며 이 문제를 해결했다(양서류와 같이). 그러다가 획기적인 패러다임 변화가 일어났는데, 그것은 건조한 땅이 아니라 촉촉한 ‘몸 안’ 에 알을 낳는 것이었다.
몸 속에서 알 낳기: 체내수정이 불러온 경쟁
즉, 체내수정이 시작된 것이다. 몸 안은 몸 밖과는 달리 항상 일정한 온도와 습도, 그리고 체액 농도가 유지된다(항상성homeostasis의 원리에 따라서). 그러므로 몸 안에서 두 생식 세포가 만난다면, 어렵게 만든 생식 세포의 생존과 원활한 수정을 담보할 수 있는 것이다. 이러한 체내 수정을 위해서는, 난자를 가지고 있는 개체(즉 암컷) 의 몸 안으로 정자를 전달할 수단이 필요했고, 이것이 바로 생식기이다(미주 2). 체내수정은 그 방법론이 달라진 것만큼이나 큰 동물의 행동 변화를 낳았는데, 암컷과 수컷의 명확한 역할 분담이 그것이다. 수컷은 짧은 짝짓기를 거치면 추가적인 부담 없이 생식을 성공할 수 있었으나, 암컷은 좋으나 싫으나 몸 안에 새끼를 품어야 했고, 따라서 생식에 더 큰 위험 부담을 안게 되었다(새끼는 에너지를 요구하고, 몸을 무겁게 만든다-미주 4도 같이 보라). 그러므로 암컷은 수컷보다 훨씬 더 보수적인 선택을 하게 되었고, 제한된 암컷의 수요에 맞추어 수컷들은 성적 경쟁을 시작하게 됐다.
그림 2. 날카로운 바늘처럼 생긴 빈대의 수컷 생식기.
그 중 한 가지는 생식 과정 그 자체의 경쟁이다. 예컨대, 수컷들은 더 많은 정자를 생산하도록, 그리고 더 잦은 짝짓기를 하도록 경쟁에 의해 변화했다(미주 3). 그 과정에서 독특한 전략들도 생겨났는데, 암컷과 짝짓기를 한 후 임신이 확실해질 때까지 가두어 두고 다른 수컷들이 접근하지 못하게 막는 종들이 있는가 하면, 짝짓기 후 암컷 생식기의 입구에 분비물을 뿌려 막아버리는 종도 있다(짝짓기 마개mating plug라고 불린다; 곤충들이나 일부 포유류 중에도 있고, 어떤 모기류는 짝짓기 후 생식기를 떼어내어 틈을 막아 버린다. 대벌레와 같은 종은, 짝짓기를 마치고도 며칠간 그대로 교합한 채로 매달려서 경쟁자가 들어올 수 없도록 한다). 인간의 상상력으로는 쉽사리 상상하기도 어려운 전략을 가진 생명체들도 있는데, 빈대가 그것이다. 수컷 빈대는 날카로운 성기를 암컷의 배에 박아넣고 복강 안에 사정하는데, 이 과정을 통해 생식기를 거치지 않고 순환계를 통해 바로 정자를 난소로 전달하게 된다(그림 2; 미주 4).
그림 3. 기린의 <목 싸움>. 기린이 목이 긴 이유는 높은 나무를 뜯어 먹기 위해서가 아니라, 짝짓기 경쟁자를 더 강하게 공격하기 위해서라는 주장이 있다!** 관련 동아사이언스 컬럼 을 참고하라.
다른 것은 생식 과정 이전의 경쟁이다. 즉, 여러 수컷들이 서로가 얼마나 강하고 뛰어난지를 암컷에게 겨루듯 보여 주며 서로를 선택하게 만드는 경쟁이다(구애 행동courtship behavior라고 부른다). 초파리부터 인간까지 아주 많은 종들은 이와 같은 경쟁을 거치고, 따라서 이에 따른 성선택(sexual selection) 을 거치게 된다(미주 5). 바다사자나 사슴의 싸움 따위도 그 좋은 예시다(그림 3; 이들은 이러한 짝짓기 경쟁을 하다가 심각한 부상을 입고, 목숨을 잃기까지 한다). 이것은 복잡한 서열 사회를 이루는 동물들에게서 더 복잡해지는데, 인간을 비롯한 영장류가 그 예시다. 침팬지와 같은 영장류들은 체계적인 사회 서열을 가지는데, 이 서열은 직접적으로 짝짓기의 빈도와 확률을 결정짓게 되고 사회적 투쟁은 곧 번식 성공을 결정하는 요소가 된다.
그림 4. 다양한 문화권을 대상으로 조사한, 인간의 생식 활동 패턴. 일부다처제(polygyny) 가 우세하다.
그러나 이러한 영장류 안에서도 그 짝짓기의 패턴은 큰 차이가 난다. 이러한 짝짓기 패턴은 4가지로 나뉘는데, 일부일처(monogamy) / 일부다처(polygyny) / 일처다부 (polyandry) / 다처다부 또는 난교성(polygamy) 가 그것이다. 영장류 중에서도 이 패턴은 모두 나타나는데, 긴팔원숭이나 일부 마모셋 종은 대개 일부일처, 고릴라는 일부다처, 타마린은 일처다부, 침팬지나 보노보는 다처다부제 따위다. 그럼 인간은 이 중 어디에 속하는가? 186 개에 달하는 문화권에 대한 설문조사 결과는 16.7% 의 문화권에서 일부일처제, 51% 는 약한 일부다처제(20% 미만의 남성들에서만 일부다처가 나타남-우리 나라에서도 첩과 같은 형태로 과거에 일부다처제가 존재했었다), 20% 는 강한 일부다처제임을 보여주었다(그림 4). 즉 인간의 짝짓기 패턴은 약한 일부다처제에 가까운, 조류에서 관찰되는 생물학적 일부일처제보다는 사회적 일부일처제(social monogamy) 에 가깝다고 볼 수 있다(미주 6, 그림 5). 우리 인간은 다른 종과는 구분되는 독특한 성적 형질을 지닌다. 그것을 마지막으로 알아보자.
그림 5. 침팬지의 뇌와 고환. 몸 대비 고환 크기는 생식 패턴을 짐작케 하는 지표 중 하나이다. 미주 6번도 같이 참고하라.우리를 인간으로 만든 성적 특징들
인간은 생리와 폐경을 하며, 다른 동물들과는 달리 배란기가 타 개체에게 숨겨져 있고, 다른 개체들 앞에서 공개적인 성관계를 맺지 않으며, (대개) 서로 얼굴을 마주보며 성관계를 한다. 우리는 이는 (우리가 인간이니까) 아주 일반적인 특징으로 생각하지만, 사실 일부 종에게서만 나타나는 아주 독특한 형질들이다. 평균 28일을 주기로 자궁 내벽이 두터워졌다가 허물어내리며 생기는 월경 현상은, 자궁이 존재하는 포유류라면 모두 있으리라고 생각할 수 있지만 전체 포유류 중 극히 일부(15종, 이 중 10종은 영장류) 에서만 나타나는 현상이다. 또한 인간은 몇 종의 고래와 함께 폐경(menopause, 말 그대로 월경menstration 을 멈추는pause(미주 7))을 하는, 즉 여전히 왕성하게 다른 생명 활동을 할 수 있음에도 일찍 생식을 멈추는 동물이다. 그리고 인간만이 다른 개체들에게서 숨어서 생식 활동을 한다. 다른 동물들은 타 개체가 보는 것에 개의치 않는다. 또, 인간은 보노보와 함께 유일하게 정상위 체위를 통한 성행위를 하는 육상 동물이다.
그림 6. 침팬지와 인간, 그리고 그 사이 오스트랄로피테쿠스 "루시" 세 종의 골반과 두개골 크기 비교. 인간에서 너무나도 커진 두개골 대비 골반은 충분히 크지 못하다.