유성 생식에는 큰 비용이 든다고?

[이덕하]

유성 생식에는 큰 비용이 든다고?

이덕하

2010-01-30

The principal advantage of asexual reproduction is that one does not have to mix one’s genes with another individual to produce offspring; barring mutations, offspring are genetically identical to the parent. With sexual reproduction, in contrast, there is only a 50% overlap, on average, between the genes of offspring and those of each parent (Bulmer, 1994; Ridley, 1993; G. C. Williams, 1975; G. C. Williams & Mitton, 1973). Because of this substantial genetic cost and other costs (e.g., finding a mate), sexual reproduction will not evolve to be a viable alternative to asexual reproduction unless the benefits of the former are more than double the benefits of the latter (G. C. Williams, 1975). (『Male, Female: The Evolution of Human Sex Differences』, David C. Geary, Second Edition, 26쪽)

이런 이야기는 성의 진화에 대한 글에서 흔히 볼 수 있다. 저명한 진화 생물학자들이 한결 같이 비슷한 이야기를 하고 있다. 하지만 내 생각에는 이런 비교는 엉터리다. 내가 뭔가를 심각하게 잘못 알고 있는 것일까? 아니면 저명한 진화 생물학자들이 나보다 더 헷갈리는 것일까?

멘델 개체군(Mendelian population) 내에서는 자신과 자신 사이의 근친도(degree of relatedness)는 1이며, 자신과 자식 사이의 근친도는 0.5이며, 자신과 손자 사이의 근친도는 0.25이기 때문에 다른 조건이 같다면 자기 자신을 가장 사랑할 것이며, 그 다음에 자식을 사랑할 것이며, 그 다음에 손자를 사랑할 것이라고 주장하는 것이 의미가 있다.

하지만 무성 생식을 하는 개체군과 유성 생식을 하는 개체군을 비교하는 것은 의미가 없다. 논의의 편의상 무성 생식을 하던 어떤 종 A에서 유성 생식을 하는 개체들이 생겼다고 하자. 그러면 유성 생식을 하는 개체들은 멘델 개체군을 형성할 것이다. 이 때 이미 이들은 다른 종 B로 분화했다고 이야기할 수 있다. 따라서 B의 경우 자신과 자식 사이의 근친도가 0.5인 반면 A의 경우에는 자신과 자식 사이의 근친도가 1이라는 점을 비교해 보았자 아무런 의미가 없다. 왜냐하면 A에 속하는 개체들은 이미 B에 속하는 개체들의 경쟁자가 아니기 때문이다. B의 개체들 속에 있는 유전자의 입장에서 볼 때 A의 개체들 속에 있는 유전자가 얼마나 잘 복제되는지는 알 바가 아니다.

A와 B를 의미 있게 비교하기 위해서는 유전자 수준의 선택이 아니라 종 선택을 따져야 한다.

위에 인용한 비교가 의미가 있는 사례가 없는 것은 아니다. 한동안 무성 생식을 하다가 유성 생식도 하는 종이 있다. 이런 경우에는 결국 하나의 멘델 개체군을 형성하기 때문에 두 가지 번식 방식이 유전자의 복제 효율에 끼치는 영향을 따지는 것이 의미가 있을 것이다.

비슷한 논리를 적용해 보면 “왜 유성 생식을 하는 생물이 중간에 무성 생식을 섞지 않는가?”라는 질문을 던질 때 위에서 인용한 비교가 의미가 있을 것이다.

[바토리]

기생충의 위험이 적으면 무성생식이 유리하고, 기생충의 위험이 많으면 유성생식이 유리하다고 붉은여왕에 나와 있지요. 실제로 무슨 달팽이가 평소에는 무성생식을 하다가 기생충이 들끓으면 유성생식으로 전환한다고 합니다.

[바토리]

결국 무성vs유성 중 더 효율적인 유전자 복제 방식은? 이라는 질문의 답은 "환경에 따라 다르다" 가 되겠네요.

[한라솜]

자연선택의 단위를 종 또는 개체군으로 생각하고 논리를 전개하는 학자들은, 도킨스가 이기적 유전자를 쓰기 이전에 이미 전멸했습니다. 자신들의 논리를 뒷받침할 만한 이론적 근거나 사실적 증거가 희박하기 때문입니다.
그렇다해도 무성 생식을 하는 개체군과 유성 생식을 하는 개체군을 비교하는 것이 의미가 없는 것은 아닙니다. 예로써 서양민들레와 토종민들레 간의 경쟁을 들 수 있습니다. 토종민들레가 서양민들레에 밀려서 들판에서 토종민들레를 보는 것이 무척 어렵게 되었습니다.

[이덕하]

도킨스의 영웅 조지 윌리엄스가 쓴 『Natural Selection: Domains, Levels, and Challenges』를 읽어 보시면 생각이 바뀌실 것입니다. 윌리엄스는 이 책에서 clade selection에 대해 이야기하고 있습니다. 종 선택과 비슷한 개념이죠.

[한라솜]

민들레와 마찬가지로 Lively의 달팽이들도 개체군으로 본다면 환경적 요인에 따라 무성생식 개체군이 유성생식 개체군을 대체하거나 그 반대가 일어난다고 할 수 있습니다. 자원은 한정되어 있으니까요.
그러나 자세히 살펴보면 그것은 개체단위, 또 더 나아가서 유전자 단위에서 선택이 일어나는 것일 뿐입니다. 단지 우리가 얼핏 보기에 개체군 또는 종간의 경쟁으로 오해할 수 있을 뿐입니다.

[Seokha Kang]

유성생식의 비용에 대해 언급하셨는데 유성생식에 대한 비용 (짝을 찾는 데 드는 비용 등)에 대해서는 언급이 없습니다.

유전적으로 교류가 일어나지 않는다면 진화적으로 경쟁상대가 아니라고 볼 수는 없습니다. 진화는 종 내의 문제라고 하지만 그것은 단지 한 종의 진화는 그들의 유전자풀에 담긴 유전자에 의해서 벌어지기 때문입니다. 근친도 문제는 Hamilton's rule을 가지고 행동을 따질 때에나 사용되어야지 이 때는 아닌 것 같습니다.

[Seokha Kang]

덕하님처럼 생각을 하게 되면 무수한 무성생식을 하는 종들은 (이들은 유성생식을 하는 종과는 '종'이라는 개념 자체가 다릅니다. 단지 비슷하기 대문에 인위적으로 결정된 것입니) 경쟁자가 없게 됩니다. 그러나 이것은 말이 안 되지요.

사실 덕하님의 다른 글들과는 달리 내용이 너무 엉뚱해서 무슨 의미인지 제가 정확히 파악을 하고 있는 게 맞는지를 모르겠습니다.