[생물 임용 노트]분류학의 기초 - 3) 분기학(cladistics) : 분기학, 계통의 추론, 분자 시계

분기학

공통 조상과 파생형질을 통해 조상에서 후손까지 종 분화 계통을 추론하는 방식이다.

분기에 따른 계통수 예시

• 단계통군(monopyletic group) : 구성원이 한 조상종과 모든 후손으로 이루어짐
• 다계통군(polypyletic group) : 구성원이 다른 조상에서 유래함
• 측계통군(parapyletic group) : 구성원이 조상종과 후손의 일부로 구성

계통의 추론 방법

1. 비교 기준으로 외군(outgroup)을 선택한다.
   • 외군 : 연구하려는 내군(ingroup)을 포함하는 계통 이전에 분기된 진화 계통의 한 종이나 무리
   • 일반적으로 외군에 나타나는 형질을 원시 형질, 가지지 않은 형질이 파생 형질이 된다.
2. 두 가지 법칙을 이용하여 계통을 추론한다.
   • 최대 절약의 법칙(maximum parsimony) : 최소 주의적 문제 해결 방식이다. 주로 형태에 근거한 계통수의 경우 가장 단순한 계통수는 공유 파생 형질의 형태로 일어나는 진화의 사건 수가 가장 적게 요구되는 것이다.
   • 최대 개연성 원리(maximum likelihood method) : 가능한 많은 복잡한 정보를 통합하여 개연성이 가장 높은 것을 채택하는 것이다.

추론 방법 예시

척추 동물의 분류 - 형질도에 의한 분류

	창고기	칠성장어	농어	개구리	거북	표범
척추	0	1	1	1	1	1
관절턱	0	0	1	1	1	1
네다리	0	0	0	1	1	1
양막	0	0	0	0	1	1
턱	0	0	0	0	0	1

 

이를 기준으로 계통수를 그리면 아래와 같다. 여기서 이용된 방법은 최대 절약 법칙이다.

최대 절약 법칙에 근거한 계통수

 

분자적 서열 차이

	1	2	3	4	5	6	7
가	G	A	G	C	T	C	A
나	G	T	C	C	A	C	G
다	T	T	G	A	A	G	G
조상	G	T	G	A	A	G	A

 

분자적 서열 차이를 외군인 조상과 비교하여 3가지 가설을 비교해 가장 적은 단계(8 step)를 갖는 가설을 택한다.

분자적 서열 변화에 대한 3가지 가설

서열의 차이 - 생물간의 염기 서열 차이

	사람	버섯	튤립
사람	0%	30%	40%
버섯		0%	40%
튤립			0%

 

위에 제시된 생물간의 염기 서열 차이를 근거로 2가지 계통수를 그릴 수 있다.

생물간 염기 서열 차이에 근거한 2가지 계통수

 

만약 DNA의 변화 속도가 제시된 생물들 모두 일정하다면 - ①의 개연성이 높다.

만약 DNA의 변화 속도가 튤립 계통에서 빠르다면 - ②의 개연성이 높다.

분자 시계(molecular clock)

일부 유전자와 유전체의 여타 부위가 일정 속도로 진화되는 것으로 판단되는 관찰을 근거로 진화적 변화의 절대적 시간을 측정하는 척도이다. → 상동 유전자에 존재하는 염기 치환 수가 분기 이후 경과된 시간에 비례한다는 것이다.

중립설

• 돌연변이의 대다수가 중립적이고 적응도에 영향이 없다면, 변화 속도는 시계처럼 규칙적이라는 것이다.
• 만일 이 유전자가 생존에 필수적인 중요한 유전자라면 매우 느리게 변화할 것이며, 덜 중요할수록 더 빠르게 변한다.
• 하지만 모든 시기에 시계가 일정하게 작용한다는 가정은 매우 불확실하다. 따라서 많은 유전자를 사용해 시계를 보정하면 난제를 해결할 수 있다.