부모에게 받은 유전자, 다음 세대에 다시 분리돼

과학 이야기
과학과 놀자 (17) 멘델의 발견과 혼합유전 가설의 종말

자손의 몸속에는 아버지와 어머니의 유전인자가 모두 온전히 남아 있을까

모든 생물은 자신과 닮은 자손을 낳는다. 동식물뿐만 아니라 눈에 보이지 않는 세균과 같은 미생물도 그렇다. 지금처럼 생물의 특징을 결정하는 것이 DNA 속에 담긴 정보라는 것이 알려지지 않은 과거에도 부모의 특징이 자손으로 전달되는 유전이라는 현상은 사람들에게 매우 익숙했다. 우리의 선조들은 유전 현상을 이용해 우수한 특징을 가진 가축과 재배 품종을 개발해왔다. 이 밑바탕에 깔린 생각은 좋은 특징을 가진 개체들을 교배시키면 좋은 특징을 가진 자손이 나오리라는 것이다.

예를 들어, 덩치 큰 육우끼리 교배를 시키면 상품성이 좋은 덩치 큰 자손이 나오는 것처럼 말이다. 그런데 이런 교배가 항상 성공적이지는 않다. 양친의 좋은 특징을 모두 가진 자손이 태어나기도 하지만, 그렇지 않은 때도 있다. 혼합유전 가설과 입자유전 가설이런 교배 결과를 설명하기 위해 크게 두 가지 가설이 제시됐다. 첫 번째는 혼합유전 가설이다. 이 가설에 의하면 난자와 정자가 결합하면, 마치 물감의 색이 혼합되는 것처럼 유전적 특성이 혼합된다고 생각했다. 예를 들어, 흰색과 붉은색 꽃을 가진 분꽃을 교배시키면 자손으로 분홍색 꽃을 가진 자손이 나온다. 이처럼 자손이 양친의 중간적인 특징을 띤 경우를 목격한 사람이라면 이 가설이 맞는다고 생각할 수 있을 것이다. 두 번째는 입자유전 가설이다. 이 가설은 생물의 특징을 결정하는 입자인 유전인자가 있고, 정자와 난자가 수정해 자손을 만들어도 자손의 몸속에서 양친으로부터 받은 유전인자가 온전히 남아 있다고 봤다. 멘델이 유전의 법칙을 발견하기 전까지 사람들은 혼합유전 가설을 더 많이 지지하고 있었다. 멘델의 교배 실험멘델은 완두를 가지고 교배 실험을 했다. 완두는 유전 법칙을 발견하는 데 가장 훌륭한 실험 재료였다. 첫 번째 이유는 연구자가 원하는 방식으로 교배 실험을 할 수 있다. 완두꽃에는 수술과 암술이 모두 들어 있으며, 아무런 처리를 하지 않으면 수술에서 나온 꽃가루가 보통은 자신의 암술에 결합하는 자가수분을 한다. 하지만, 수술을 제거한 다음 붓을 이용해 다른 꽃의 꽃가루를 암술에 묻혀 인공적으로 교배시킬 수 있다. 두 번째 이유로는 완두는 쉽게 구분할 수 있는 특징을 가진 품종들이 있다. 예를 들어, 콩의 모양이 둥그렇거나 주름진 것, 꽃의 색깔이 자주색이거나 흰색인 것같이 뚜렷이 대비되는 특징이 존재하며 멘델은 이런 품종을 이용해 자신이 원하는 실험을 할 수 있었다.

멘델은 교배 실험을 하면서 입자유전 가설을 확신하게 됐고, 이 가설이 옳다는 것을 증명하기 위한 실험을 설계했다. 입자유전 가설에서 핵심적인 내용은 유전인자가 혼합되지 않고 자신의 특징을 유지한다는 점이다. 멘델은 자주색 꽃과 흰색 꽃을 가진 양친을 결합시켜 잡종을 얻었는데 그 개체들은 모두 자주색 꽃을 가졌다. 만약 혼합유전 가설이 맞는다면 흰색 꽃의 특징은 자주색 꽃의 특징에 혼합돼 사라진 것이다. 하지만, 멘델이 이 잡종 개체끼리 교배를 시켰을 때 자손 중 약 4분의 1에서 흰색 꽃의 특징이 다시 나타났다. 입자유전가설이 옳음을 증명

분리의 법칙

오늘날 이것은 너무 당연히 받아들여지지만, 혼합유전이 대세를 이루던 당대에는 이를 뒤집는 결정적인 증거였다. 자주색 꽃과 흰색 꽃의 특징을 가진 양친을 교배시켜 얻은 잡종에서는 모두 자주색 꽃이 나타났지만, 이 잡종 개체는 자주색 꽃과 흰색 꽃의 특징을 나타내는 입자(유전인자)를 모두 가지고 있었다. 그리고 이 잡종 개체끼리 교배를 시켜 잡종 2세대를 얻을 때 흰색 꽃의 특징을 가진 입자끼리 만나 흰색 꽃의 특징을 나타내게 된다. 이처럼 2개의 유전인자가 만나 개체를 형성했다가 다음 세대를 형성할 때 각기 분리되는 현상을 분리의 법칙이라고 한다. 분리의 법칙은 입자유전을 뒷받침하는 결정적인 증거다.

멘델의 이 위대한 발견은 당시 학자들이 받아들이기 어려운 결과여서 인정받지 못했다. 하지만 동물과 식물의 유전을 연구하던 여러 학자가 똑같은 결론에 도달하게 되면서 마침내 20세기 초 멘델의 발견은 유전의 법칙으로서 널리 인정을 받게 됐다. 멘델이 발견한 유전학의 법칙은 제대로 된 유전학 배경이 없어서 인정받지 못하던 다윈의 진화론과 결합해 종합진화론을 탄생시키며 생물학의 발전을 이끌었다. 기억해주세요

정종우 이화여대 과학교육과 교수

입자유전 가설에서 핵심적인 내용은 유전인자가 혼합되지 않고 자신의 특징을 유지한다는 점이다. 멘델은 자주색 꽃과 흰색 꽃을 가진 양친을 결합시켜 잡종을 얻었는데 그 개체들은 모두 자주색 꽃을 가졌다. 만약 혼합유전 가설이 맞다면 흰색 꽃의 특징은 자주색 꽃의 특징에 혼합돼 사라진 것이다. 하지만, 멘델이 이 잡종 개체끼리 교배를 시켰을 때 자손 중 약 4분의 1에서 흰색 꽃의 특징이 다시 나타났다.