수컷이 사라지는 곤충…무성생식으로 진화하는 이유 [핵잼 사이언스]

가장 단순한 생명체인 박테리아는 세포 분열을 통해 번식한다. 하지만 세포 분열을 거듭하면서 점점 유전적 오류가 쌓이고 일부 유전자를 잃어버릴 수 있어 세균끼리 유전자를 교환해 문제를 해결한다.

하지만 다세포 생물은 이런 방식으로 유전자를 교환하기 힘들기 때문에 유성생식을 통해 문제를 해결한다. 아무리 큰 다세포 생물도 수정될 때는 수정란 한 개에서 시작하기 때문에 부모에게서 유전자를 받아 혹시 모를 유전자 결손에 대비하는 것이다.

또 결함이 없는 유전자라도 서로 다른 유전자를 섞어 새로운 형질을 지닌 후손을 만들면 다양한 환경에 잘 적응할 수 있고 진화 속도도 빠르게 할 수 있다. 따라서 생명체는 단순한 무성생식 생물에서 복잡한 유성생식 생물로 진화하는 경향이 있다. 짝짓기가 상당한 위험이 따르는 일이고, 혹시 짝짓기에 성공하지 못하면 후손을 남길 수 없다는 치명적인 단점이 있는데도 유성생식이 고등 생물에서 일반적인 생식 방법이 된 것은 이런 이유가 있는 것으로 풀이된다.

하지만 과학자들은 성의 진화가 생각보다 단순하지 않다는 사실을 발견했다. 과학자들을 골치 아프게 만든 사실 중 하나는 처녀생식(parthenogenesis)이 존재한다는 것이다. 짝을 찾을 수 없는 환경에서 암컷이 수컷과의 짝짓기 없이 후손을 만드는 것을 처녀생식이라고 하는데, 곤충은 물론 제법 복잡한 척추동물인 양서류나 파충류에서 볼 수 있다.

처녀생식 자체는 유성생식을 부정하는 개념이 아니다. 예를 들어 진딧물은 적당한 식물을 찾으면 무성생식을 통해 빠른 속도로 번식한다. 좋은 환경을 찾으면 짝을 찾는 데 시간을 소비하지 않고 바로 자손을 퍼뜨려 숫자부터 늘린다. 진딧물은 다른 포식자의 공격 앞에 무력하지만, 이렇게 탁월한 번식력으로 약점을 극복한다. 그리고 겨울이 오기 전에 짝짓기를 통해 유전자를 보완하고 알을 남긴다.

일부 곤충은 분명 유성생식을 하는 조상에서 진화했는데도 무성생식으로 발달하기도 했다. 일본 국립기초생물학연구소의 토모나리 나자키 교수가 이끄는 연구팀은 일본에서 자생하고 있는 대벌레(학명 Ramulus mikado) 수컷을 연구했다. 매우 드문 생물인 대벌레는 처녀생식으로 번식하는데도 수컷에서 짝짓기 활동이 포착됐기 때문이다.

코모도 왕도마뱀 같은 경우 수컷은 ZZ, 암컷은 ZW 염색체를 지니고 있다. 암컷이 ZZ 염색체를 지닌 알을 혼자 낳으면 새끼는 수컷이 될 수 있다. 아비 없이 태어난 수컷은 다른 암컷과 짝짓기를 해 유전자를 교환하기도 한다.

그러나 대벌레 수컷을 연구해보니 짝짓기만 할 뿐 유전자는 전혀 전달하지 않는 것으로 나타났다. 이 수컷은 전혀 필요 없는 짝짓기 흉내만 내고 있었다. 처녀생식에 주로 의존한 일부 생물종은 아예 모든 개체가 암컷으로 진화하는 경우도 있다. 아마도 이 대벌레는 그 직전 단계인 것으로 보인다.

이렇게 처녀생식으로 진화하는 현상은 성의 진화를 연구하는 과학자들에게 큰 수수께끼로 남아 있다. 앞서 언급한 것처럼 무성생식에는 큰 약점이 있기 때문에 상당수 동식물이 최소한 일부라도 유성생식으로 번식한다. 하지만 반대로 돌아가는 일부 예외 역시 이유가 있을 것이다. 그 이유가 무엇인지 알아내기 위해 과학자들은 연구를 계속 진행할 것이다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com