미세 진화

Microevolution
시리즈의 일부
진화생물학
Darwin's finches by Gould.jpg
존 굴드의 다윈 핀치
프로세스와 결과
자연사
진화론의 역사
필드 및 응용 프로그램
사회적 영향

미세진화는 [1]모집단 내에서 시간이 지남에 따라 일어나는 대립 유전자의 빈도의 변화이다.이러한 변화는 네 가지 다른 과정으로 인한 것이다: 돌연변이, 선택, 유전자 흐름 그리고 유전자 표류.이러한 변화는 거시 진화라고 불리는 변화에 비해 상대적으로 짧은 시간(진화적 측면에서)에 걸쳐 발생합니다.

집단 유전학은 미세 진화 과정을 연구하기 위한 수학적 구조를 제공하는 생물학의 한 분야이다.생태유전학은 야생에서 미세진화를 관찰하는 것과 관련이 있다.일반적으로 관찰 가능한 진화의 예는 미세 진화의 예입니다. 예를 들어 항생제 내성을 가진 박테리아 변종입니다.

미세 진화는 거시 [2][3]진화의 원료를 제공하는 분화로 이어질 수 있다.

거시 진화와의 차이점

거시진화는 미세진화의 [3]종내변화 분류와는 반대로 종간변화 분류("종선택")[2]에 의해 유도된다.종 선택은 (a) 생물 수준의 특성(집약 특성)이 종별 및 멸종 속도에 영향을 미치는 효과-거시 진화 및 (b) 종 수준의 특성(예: 지리적 범위)이 종별 및 멸종 [4]속도에 영향을 미치는 엄격한 감각의 종 선택으로 발생할 수 있다.거시 진화는 진화적 참신성을 낳지는 않지만, 진화한 군락 내에서의 증식을 결정하며, 이 과정에 [3]비유기적인 요소로서 종 수준의 특성을 더한다.

4가지 프로세스

돌연변이

주요 기사:돌연변이
염색체 일부 복제

돌연변이는 세포 게놈의 DNA 배열의 변화이며 방사선, 바이러스, 트랜스포존, 돌연변이 화학 물질뿐만 아니라 감수 분열이나 DNA [5][6][7]복제 중에 발생하는 오류에 의해 발생합니다.오류는 특히 DNA 복제 과정, 두 번째 가닥의 중합 과정에서 자주 발생한다.이러한 오류는 또한 유기체 자체나 과변환과 같은 세포 작용에 의해 유발될 수 있다.돌연변이는 유기체의 표현형에 영향을 미칠 수 있으며, 특히 유전자의 단백질 코드 배열 내에서 돌연변이가 발생할 경우 더욱 그렇습니다.DNA 중합효소의 교정 [8][9]능력 때문에 오류율은 보통 매우 낮습니다. 1000만~1억 염기마다 1개씩 오류입니다.(교정을 하지 않으면 오류율이 천 배 높아집니다.많은 바이러스는 교정능력이 부족한 DNA와 RNA 중합효소에 의존하기 때문에 더 높은 돌연변이율을 경험합니다.)DNA의 변화 속도를 증가시키는 과정은 돌연변이 유발이라고 불립니다: 돌연변이 유발 화학 물질은 종종 염기쌍의 구조를 방해함으로써 DNA 복제의 오류를 촉진하는 반면, UV 방사선은 DNA [10]구조에 손상을 입힘으로써 돌연변이를 유발합니다.DNA에 대한 화학적 손상도 자연적으로 발생하며, 세포는 DNA의 불일치와 파손을 복구하기 위해 DNA 복구 메커니즘을 사용한다. 그럼에도 불구하고, 복구는 때때로 DNA를 원래 배열로 되돌리는 데 실패한다.

DNA를 교환하고 유전자를 재조합하기 위해 염색체 교차를 사용하는 유기체에서는 감수 분열 중 정렬 오류도 [11]돌연변이를 일으킬 수 있다.교차에서의 오류는 특히 유사한 배열로 인해 파트너 염색체가 잘못된 정렬을 채택하여 게놈의 일부 영역이 이러한 방식으로 변이되기 쉬운 경우 발생할 수 있습니다.이러한 오류는 DNA 시퀀스에 큰 구조적 변화를 일으킨다. 즉, 복제, 전체 영역의 반전 또는 결실, 또는 다른 염색체 간의 전체 부분의 우발적인 교환(전위라고 함)이다.

돌연변이는 DNA 배열에 몇 가지 다른 유형의 변화를 가져올 수 있다; 이것들은 아무런 영향을 미치지 않거나, 유전자의 생성물을 바꾸거나, 유전자의 기능을 방해할 수 있다.파리 드로소필라 멜라노가스터의 연구는 돌연변이가 유전자에 의해 생성된 단백질을 변화시킨다면, 이러한 돌연변이의 약 70%가 해로운 영향을 미치며, 나머지는 중립적이거나 약하게 [12]이롭다는 것을 암시한다.돌연변이가 세포에 미칠 수 있는 해로운 영향 때문에, 유기체는 [5]돌연변이를 제거하기 위한 DNA 복구와 같은 메커니즘을 진화시켜 왔다.따라서 종에 대한 최적의 돌연변이율은 유해변이와 같은 높은 돌연변이율의 비용과 DNA 복구 [13]효소와 같은 돌연변이율을 감소시키기 위한 시스템을 유지하는 대사 비용 간의 트레이드오프이다.RNA를 유전 물질로 사용하는 바이러스는 빠른 돌연변이율을 [14]가지고 있는데, 이러한 바이러스는 끊임없이 그리고 빠르게 진화하기 때문에 장점이 될 수 있고, 따라서 인간 면역 [15]시스템의 방어 반응을 회피할 수 있다.

돌연변이는 보통 유전자 재조합을 [16]통해 DNA의 큰 부분이 복제되는 것을 포함할 수 있다.이러한 복제는 진화하는 새로운 유전자의 주요 원료이며,[17] 수백만 년마다 동물 게놈에서 수십에서 수백 개의 유전자가 복제됩니다.대부분의 유전자는 같은 [18]조상의 유전자의 대가족에 속합니다.새로운 유전자는 보통 조상 유전자의 복제와 돌연변이를 통해, 또는 새로운 [19][20]기능을 가진 새로운 조합을 형성하기 위해 다른 유전자의 일부를 재조합함으로써 여러 가지 방법으로 생산된다.

여기서 도메인은 각각 특정하고 독립적인 기능을 가진 모듈로서 작용하며,[21] 새로운 특성을 가진 새로운 단백질을 코드하는 유전자를 함께 생산할 수 있다.예를 들어, 인간의 눈은 빛을 감지하는 구조를 만들기 위해 4개의 유전자를 사용한다: 3개는 색각을 위한 것이고 1개는 야각을 위한 것이다; 4개는 모두 하나의 조상 [22]유전자에서 비롯되었다.유전자 복제의 또 다른 장점은 중복성을 증가시킨다는 것이다; 이것은 쌍의 한 유전자가 새로운 기능을 획득하는 반면 다른 유전자는 원래의 기능을 [23][24]수행하도록 한다.다른 종류의 돌연변이는 때때로 이전에 코드화되지 않은 [25][26]DNA로부터 새로운 유전자를 만들어낸다.

선택.

주요 기사 : 자연도태 및 인공도태

선택은 유기체가 생존하고 성공적으로 번식할 가능성을 높이는 유전적인 특성이 다음 세대에 걸쳐 집단에서 더 흔해지는 과정이다.

자연발생적 선택, 자연도태, 그리고 인간에 의한 선택, 인공도태의 표현인 선택을 구별하는 것은 때때로 가치가 있다.이 구별은 다소 분산되어 있다.그럼에도 불구하고 자연 도태는 선택의 지배적인 부분이다.

어두운 색칠을 위한 개체군의 자연 선택.

유기체 집단 내에서의 자연적인 유전적 변화는 어떤 개체들은 현재 환경에서 다른 개체들보다 더 성공적으로 생존할 수 있다는 것을 의미한다.찰스 다윈이 성선택에 대한 그의 생각에서 발전시킨 문제인 생식 성공에 영향을 미치는 요인들 또한 중요하다.

자연 선택은 유기체의 관찰 가능한 특징인 표현형에 작용하지만, 생식적 이점을 주는 표현형의 유전적 기반은 집단에서 더 흔해질 것이다.시간이 지남에 따라, 이 과정은 특정한 생태학적 틈새에 특화된 유기체의 적응을 초래할 수 있고, 결국 종분화(새로운 종의 출현)를 초래할 수 있다.

자연 도태는 현대 생물학의 초석 중 하나이다.이 용어는 다윈이 그의 획기적인 1859년 책 [27]"종의 기원에 대하여"에서 소개했는데, 이 책에서 자연 도태는 인간 사육자들에 의해 바람직하다고 여겨지는 특성을 가진 동식물이 체계적으로 번식에 선호되는 과정인 인공 도태와 유추되어 묘사되었다.자연 도태의 개념은 원래 유효한 유전 이론이 없는 상태에서 개발되었습니다; 다윈이 글을 쓸 당시에는 현대 유전학에 대해 알려진 것이 없었습니다.전통적인 다윈 진화론과 고전 및 분자 유전학의 후속 발견의 결합은 현대 진화 합성이라고 불립니다.자연 도태는 적응 진화에 대한 주된 설명으로 남아 있다.

유전적 표류

주요 기사:유전적 표류
50세대에 걸쳐 측정된 초기 주파수 분포 0.5를 가진 단일 대립 유전자의 무작위 유전자 표류에 대한 10개의 시뮬레이션으로, 크기가 다른 세 개의 생식 동기 모집단에서 반복된다.일반적으로 대립 유전자는 작은 모집단에서 손실 또는 고정(빈도 0.0 또는 1.0)으로 훨씬 더 빨리 이동한다.

유전자 표류는 무작위 표본 추출에 의해 모집단에서 유전자 변이(알레)가 발생하는 상대적 빈도의 변화이다.즉, 모집단의 자손에 있는 대립 유전자는 부모에 있는 대립 유전자의 무작위 표본이다.그리고 우연은 주어진 개인이 생존하고 번식할지를 결정하는 역할을 합니다.집단의 대립 유전자 빈도는 특정 [28]형태를 공유하는 유전자 대립 유전자의 총 수와 비교하여 유전자 복제의 비율 또는 비율이다.

유전자 표류는 시간이 지남에 따라 대립 유전자의 빈도에 변화를 일으키는 진화 과정이다.그것은 유전자 변형을 완전히 사라지게 할 수 있고, 따라서 유전적 다양성을 감소시킬 수 있다.유전자 변이를 생식 [29]성공에 따라 더 흔하거나 덜 흔하게 만드는 자연 선택과는 대조적으로, 유전자 표류에 의한 변화는 환경적 또는 적응적 압력에 의해 유발되지 않으며, 생식 성공에 유익하거나, 중립적이거나, 해로울 수 있다.

유전적 표류의 영향은 작은 집단에서 더 크고 큰 집단에서 더 작습니다.자연 도태에 비해 유전적 표류의 상대적 중요성에 대한 과학자들의 활발한 토론이 임금이다.로널드 피셔는 유전자 표류가 진화에 있어 가장 작은 역할을 한다는 견해를 가지고 있었고, 이것이 수십 년 동안 지배적인 견해로 남아있었다.1968년, Motoo Kimura는 유전 물질의 대부분의 변화가 유전적 [30]표류에 의해 야기된다고 주장하는 분자 진화에 대한 중립적인 이론으로 논쟁을 다시 일으켰다.유전자 표류에 기초한 중성 이론의 예측은 전체 게놈에 대한 최근의 데이터와 잘 맞지 않는다: 이러한 데이터는 중성 대립 유전자의 빈도가 표본 [31]오차에 의한 유전적 표류에 의한 것이 아니라 연결된 부위의 선택에 의해 주로 변화한다는 것을 암시한다.

유전자 흐름

주요 기사:유전자 흐름

유전자 흐름은 보통 같은 [32]종인 집단들 사이의 유전자 교환이다.종 내 유전자 흐름의 예로는 유기체의 이동과 번식, 꽃가루 교환 등이 있다.종간의 유전자 이동은 잡종 생물의 형성과 수평 유전자 이동을 포함한다.

집단으로의 이동 또는 집단으로부터의 이동은 유전자의 빈도를 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 집단으로의 유전적 변이를 가져올 수 있다.이민은 인구의 확립된 유전자 풀에 새로운 유전 물질을 추가할 수 있다.반대로, 이민은 유전 물질을 제거할 수 있다.개체군이 새로운 종이 되기 위해서는 서로 다른 두 개체군 사이의 번식에 대한 장벽이 필요하기 때문에, 유전자 흐름은 개체군 사이의 유전적 차이를 확산시킴으로써 이 과정을 늦출 수 있다.유전자의 흐름은 산맥, 바다, 사막, 심지어 만리장성과 같은 인공 구조물에 의해 방해되어 식물 [33]유전자의 흐름을 방해하고 있다.

가장 최근의 공통 조상 이후 두 종이 얼마나 멀리 떨어져 있었는가에 따라, 노새를 [34]만들기 위해 말과 당나귀가 짝짓기를 하는 것과 같이, 그들이 자손을 낳는 것이 여전히 가능할지도 모릅니다.그러한 잡종은 감수 분열 동안 짝을 지을 수 없는 두 개의 다른 염색체 세트 때문에 일반적으로 불임이다.이 경우, 가까운 친척 종들은 정기적으로 이종 교배를 할 수 있지만, 잡종이 선택되고 그 종은 구별될 것입니다.하지만, 때때로 생존 가능한 잡종이 형성되고 이 새로운 종은 그들의 부모 종 사이의 중간 특성을 갖거나 완전히 새로운 표현형을 [35]가질 수 있습니다.새로운 종의 동물을 개발하는 데 교배하는 것의 중요성은 불분명하지만,[36] 회색 나무 개구리가 특히 잘 연구된 [37]예이다.

그러나 교배는 식물에서 중요한 분화 수단이다. 왜냐하면 다배체(각 염색체의 두 개 이상의 복제체를 갖는 것)는 [38][39]동물보다 식물에서 더 쉽게 허용되기 때문이다.다배체는 두 개의 다른 염색체 세트가 감수 [40]분열 동안 각각 같은 파트너와 짝을 이룰 수 있는 번식을 허용하기 때문에 잡종에서 중요하다.폴리포이드 잡종은 또한 더 많은 유전적 다양성을 가지고 있어서 적은 [41]개체군에서의 근친교배 우울증을 피할 수 있게 해준다.

수평 유전자 이동은 한 유기체에서 다른 유기체로 유전 물질을 옮기는 것이다;[42] 이것은 박테리아 사이에서 가장 흔하다.의학에서, 이것은 항생제 내성의 확산에 기여하는데, 한 박테리아가 내성 유전자를 얻으면 다른 [43]종으로 빠르게 옮길 수 있기 때문이다.박테리아에서 효모 사카로미세스 세레비시아, 팥풍뎅이 칼로소브루쿠스 치넨시스 등의 진핵생물로의 유전자 수평 이동도 [44][45]일어났을 수 있다.대규모 이동의 예는 박테리아, 곰팡이, 그리고 [46]식물로부터 다양한 유전자를 받은 것으로 보이는 진핵생물인 Bdelloid 로티퍼입니다.바이러스는 또한 생물 사이에 DNA를 운반할 수 있으며, 생물학적 [47]영역 전체에 걸쳐 유전자의 이동을 가능하게 한다.엽록체와 미토콘드리아를 [48]획득하는 동안 진핵세포의 조상들과 원핵생물들 사이에서 대규모 유전자 이동이 일어났다.

유전자 흐름은 한 집단에서 다른 집단으로 대립 유전자가 전달되는 것이다.

집단으로의 이동 또는 집단으로부터의 이동은 대립 유전자 빈도의 현저한 변화를 일으킬 수 있다.이민은 또한 특정 종이나 집단의 확립된 유전자 풀에 새로운 유전자 변형을 추가하는 결과를 초래할 수 있다.

다른 집단들 사이의 유전자 흐름 속도에 영향을 미치는 많은 요인들이 있다.가장 중요한 요인 중 하나는 이동성입니다. 개인의 이동성이 커지면 이동 가능성이 커지기 때문입니다.꽃가루와 씨앗이 동물이나 바람에 의해 먼 거리를 운반될 수 있지만, 동물은 식물보다 더 이동성이 높은 경향이 있다.

두 집단 사이의 유지된 유전자 흐름은 또한 두 개의 유전자 풀의 결합으로 이어질 수 있고, 두 그룹 사이의 유전적 변화를 줄일 수 있다.이러한 이유로 유전자 흐름은 그룹의 유전자 풀을 재결합함으로써 분화에 반하는 작용을 강하게 하고, 따라서 완전한 분화와 딸 종의 창조로 이어질 수 있었던 유전적 변이의 발달된 차이를 복구한다.

예를 들어, 만약 어떤 종류의 풀이 고속도로 양쪽에 자라면, 꽃가루는 한 쪽에서 다른 쪽으로, 그리고 그 반대쪽에서 다른 쪽으로 옮겨질 것이다.만약 이 꽃가루가 식물에 비료를 주고 생존 가능한 자손을 낳을 수 있다면, 꽃가루의 대립 유전자는 효과적으로 고속도로 한쪽의 개체에서 다른 쪽으로 이동할 수 있습니다.

용어의 기원 및 사용 연장

기원.

미세진화라는 용어는 식물학자 로버트 그린리프 레빗이 1909년 식물학 잡지 '보타니컬 가제트'에서 처음 사용했는데, 그가 말하는 '미스터리'가 어떻게 형태가 [49]형성되는지를 다루고 있다.

..난자에서 파생된 개체에서 형체가 없는 형태, 부분의 증식, 그리고 그들 사이의 질서 있는 다양성의 창조, 실제 진화에서, 누구나 사실을 확인할 수 있지만, 아무도 그 신비를 의미 있는 방법으로 풀지 않았다.이 미세진화는 대진화 문제의 필수적인 부분을 형성하고 그 근저에 있기 때문에 우리가 보다 일반적인 것을 완전히 이해하기 전에 작은 과정을 이해해야 할 것이다.

그러나 레빗은 우리가 현재 발달생물학이라고 부르는 것을 설명하기 위해 이 용어를 사용했다; 러시아 곤충학자 유리 필리프첸코가 1927년 그의 독일어 작품인 Variabilitét und Variation에서 "macroevolution"과 "microvolution"이라는 용어를 사용한 후에야 현대적 용어가 되었다.이 용어는 나중에 필리핀첸코의 제자 테오도시우스 도브잔스키에 의해 그의 저서 유전학과 종의 기원([1]1937)에서 영어권 세계에 도입되었다.

창조론에 사용

다음 항목도 참조하십시오.사양

젊은 지구 창조론과 바라미놀로지에서는 진화가 새로운 "종류"의 형성은 [50][51]불가능한 반면, 이종 교배할 수 있는 제한된 수의 창조된 종에서 다양성을 설명할 수 있다는 것이 핵심 교리이다.이러한 "마이크로 진화"를 "종류" 내에서만 받아들이는 것은 또한 오래된 지구 창조론의 [52]전형이다.

미국과학진보협회(American Association for the Advancement of Science)와 같은 과학단체들은 미세진화를 종(種) 내의 작은 규모의 변화, 거시진화를 새로운 종의 형성이라고 표현하지만 그렇지 않으면 미세진화와 다르지 않다.거시 진화에서, 미세 진화적 변화의 축적은 [53]분화를 이끈다.두 프로세스 간의 주요 차이점은 하나는 몇 세대 내에 발생하는 반면 다른 하나는 수천 년에 걸쳐 발생한다는 것이다(즉, [54]양적 차이).본질적으로 그들은 같은 과정을 묘사한다; 비록 종 수준을 넘어 진화가 이종 교배를 할 수 없는 시작과 끝 세대를 낳지만, 중간 세대는 그럴 수 있다.

창조론에 반대하는 사람들은 염색체 수의 변화가 하나의 염색체가 세대 단계에서 분열되거나 여러 염색체가 융합되는 중간 단계에 의해 설명될 수 있다고 주장하면서 인간과 다른 유인원 사이의 염색체 차이를 [55]예로 든다.창조론자들은 다른 유인원과 인간 사이의 실제 차이가 관찰되지 않았기 때문에, 그 증거는 정황이라고 주장한다.

생물학자인 더글라스 후투이마는 권위 있는 교과서 '진화생물학'에서 거시적 진화와 미시적 진화의 근본적인 유사성을 설명하면서 다음과 같이 쓰고 있다.

1930년대와 1940년대의 진화 합성 동안 만들어진 이론의 가장 중요한 신조 중 하나는 생물들 사이의 "거시적" 차이 - 더 높은 분류군을 구별하는 것 - 은 종 안에서 발견되는 같은 종류의 유전적 차이들의 축적에서 비롯된다는 것이었다.이 견해에 반대하는 사람들은 "거시 진화"는 종 내에서의 "마이크로 진화"와 질적으로 다르며, 전혀 다른 종류의 유전과 발달 패턴에 기초하고 있다고 믿었다.종의 차이에 대한 유전자 연구는 이 주장을 결정적으로 반증했다.형태학, 행동, 그리고 생식적 고립의 기초가 되는 과정에서의 종들 사이의 차이는 모두 종들 내의 변화들과 같은 유전적 특성을 가지고 있습니다: 그들은 일관된 염색체 위치를 차지하고, 다형성일 수도 있고, 소수의 유전자에 기초할 수도 있고, 그들은 부가적, 지배적, 또는 인식적 효과를 나타낼 수도 있습니다.알케스는 단백질이나 DNA 뉴클레오티드 배열의 특정 가능한 차이로 추적된다.인구 사이의 생식적 고립의 정도는 지동 전이나 지동 후를 불문하고 거의 또는 전혀 또는 전혀 없이 다양하다.따라서, 생식적 고립은 다른 성질의 발산처럼 대부분의 경우 집단에서 대립 유전자의 점진적인 치환에 의해 진화한다.

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몇몇 반인종론자들의 주장과는 달리, 종(種) 수준을 넘는 생명체들의 진화는 과학자들에 의해 실제로 여러 번 관찰되고 기록되었다.[57]창조과학에서 창조론자들은 종분화를 "창조된 종류" 또는 "바라민" 안에서 일어나는 것으로 받아들였지만, 그들이 새로운 속 또는 분류학에서 더 높은 계급의 "3단계 거시 진화"라고 부르는 것에는 반대했다."종", "창조된 종류", 그리고 어떤 사건과 계통이 미세 진화나 거시 [58]진화의 루브릭에 속하는지 어디에 선을 그어야 하는지에 대한 생각은 모호하다.

「 」를 참조해 주세요.

  • 중단 평형 - 유전자 흐름으로 인해, 주요한 진화적 변화는 드물 수 있다.

레퍼런스

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외부 링크