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디지털 조류 백과사전

DNA 비교를 통한 종별 유연관계를 이용한 분류 Home > 조류의이해 > 조류분류의 이해 > DNA 비교를 통한 종별 유연관계를 이용한 분류

분류학의 역사

분류학은 인류의 역사와 더불어 시작되었을 것이다. 하지만 오늘날의 자연과학적 관점이 포함되어 있는 분류학은 고대 그리스의 아리스토텔레스(Aristotele)부터 시작되었다고 볼 수 있다. 오늘날의 분류학 기준에 따르면 틀린 점이 많지만, 그는 520 여 가지 동물을 특징에 따라 최초로 분류한 사람이었다. 18세기에 이르러 린네(Carl von Linne)는 분류학적 카테고리(범주)로 강, 목, 속, 종, 변종을 설정하고, 각 종의 학명(scientific name)을 이명법(binominal nomenclature)에 따라 명명하였다. 이명법은 그 종이 속하는 속명(generic name)과 그 종 자체의 종소명(specific name) 2단어를 연속해서 쓰는 방법이다. 그 이전에는 각 동물을 부르는 이름이 대체로 길고, 또한 사람마다 사용하는 이름이 제각각이어서 사람들 사이에 혼동이 있기 일쑤였다. 린네는 “Systema Nature” 제10판(1758)에서 동물 4,162종을 분류하고 이명법에 따라 이름을 명명하였다. 이 방법은 거의 동일한 방식으로 오늘날까지 이르고 있다.

분류학의 역사

18세기 후반에 이르러 조류학에 있어서도 분류학의 유행이 일었다. 열강들이 경쟁적으로 지구의 곳곳을 점령하던 시기에 많은 새들이 포획되었고, 이들의 신비롭기까지 한 특이한 외형은 조류학자들을 분류에 몰입하게끔 하였다. 최초로 새로운 새를 찾아내고 분류한 사람이 명명자로서 영원히 이름이 남게 되는 명명 기준 또한 이러한 열광적인 분류에 영향을 끼쳤을 것이다. 단순한 외부 형태에 의한 분류는 그 후 형태학이나 해부학의 발전과 더불어 서서히 현대적인 분류로 이어졌다. 프러시아에서 태어난 한스 가도우(Hans Friedrich Gadow)는 에른스트 헤켈(Ernst Haeckel) 밑에서 해부학을 공부했고 영국으로 건너가 연구를 계속했는데, 조류 해부학과 형태학에 관한 그의 연구와 저작들은 20세기 계통분류학계에 큰 영향을 끼쳤다. 1892년 가도우는 부분적으로 맥스밀리언 푸르빙거(Maximilian Furbinger)에 의해 기초가 세워졌지만, 그가 40여 가지 특징을 비교하는 것으로 정립한 조류 분류 시스템에 관한 내용을 정리한 ‘On the classification of birds’를 발표했다. 1930년 알렉산더 위트모어(Frank Alexander Wetmore)는 “A Systematic Classification for the Birds of the World”라는 책에서 가도우의 조류 분류를 이용해 형태적 조류 분류학을 집대성한다. 위트모어는 1960년까지 네 차례에 걸쳐 개정판을 냈고, 그의 이 분류 방식은 최근까지도 널리 이용되고 있다. 이러한 형태 분류는 100여 년 동안 조금씩 변화는 있었지만 본질적으로는 가도우의 분류 방식에서 발전한 것이다.

알렉산더 위트모어

[알렉산더 위트모어]

DNA 분석을 이용한 분류

시간이 지나면서 외부 형태로 종을 동정하는 전통적인 방법에는 한계가 있다는 자각이 생겨났다. 자연의 무한한 생명의 비밀을 겉보기만으로는 다 알지 못한다는 것이었다. 외부 형태를 이용한 분류는 수렴 현상에 의해 외형적으로 비슷한 성향을 띠는 종들을 가깝게 분류하는 실수를 저지를 수 있다는 비판이었다. 이런 한계를 극복하기 위해 각각의 조류 종이 가지고 있는 DNA의 비교를 통해 유연관계를 추정하는 방법이 분류학에 사용되게 되었다. 찰스 시블리(Charles Gald Sibley)와 존 알퀴스트(Jon Ahlquist)는 조류의 분자 계통 분류에 관심을 가지고 있었다. 이들은 로이 브리튼(Roy Britten)이라는 생화학자가 1960년대에 게놈(genome)의 구성을 분석하는 한 방법으로 만든 DNA 교잡법(DNA hybridization)을 이용해 조류 종간의 근연관계를 밝혀냈다. DNA는 거의 모든 생물이 지니고 있는 유전물질로, 그 기본단위는 뉴클레오티드(nucleotide)라는 물질이며 이는 인-당-염기로 이루어져있다. 이중 염기에는 A(아데닌; adenine), G(구아닌; guanine), C(시토신; cytosine), T(티민; thymine)의 4종류가 있는데, 이 4종류의 염기가 어떤 순서대로 배열되어있느냐에 따라서 여러 가지 생명 현상이 달라진다. 생물 종간의 유연관계가 가까울수록 이 DNA의 염기서열이 유사하고 먼 종일수록 염기서열은 달라진다.

찰스 시블리

[찰스 시블리]

DNA의 염기쌍은 수소결합(hydrogen bond)로 연결되어 있는데, DNA 용해물을 84℃ 정도로 끓이면 이 결합들이 깨지고, 하나의 나선 구조로 된 DNA를 얻을 수 있다. 하지만 이 구조는 불안정한 상태이므로 천천히 식을 때 스스로 이중나선 구조를 이루려고 한다. 이처럼 다른 종에서 얻은 하나의 나선 구조로 된 DNA 혼합물들을 섞어 놓으면 다른 종간의 DNA가 서로 결합하게 되는데, 이를 교잡(hybrid) 또는 heteroduplex라고 부른다.

 열에 의해 분리되었다 결합되는 이중나선 구조의 DNA

[ 열에 의해 분리되었다 결합되는 이중나선 구조의 DNA]

이런 교잡 DNA는 유전적으로 다른 종들의 DNA 사이에 이루어진 화합물이므로 원래보다 적은 수소 결합을 갖는다. 즉, 적은 열에 의해서 결합이 분리될 수 있다. heteroduplex와 원래의 이중 나선구조 DNA(homoduplex) 사이의 열 안정성 차이는 이 두 종간의 차이를 얘기하는 것이다. 시블리와 알퀴스트는 이를 조류계통발생에 적용하여, 1975년 초부터 1986년 중반까지 위트모어(1960) 분류의 모든 목(order)과 171과(family) 중 168과를 대표하는 1,700 종 조류의 26,000 이상의 DNA-DNA 교잡을 비교하였다. 이 결과를 1987년에 발표했고, 이듬해에는 ‘A classification of the living birds of the world based on DNA-DNA hybridization studies’를 통해 새로운 분류를 제시했다. 이후 시블리는 몬로(Burt L. Monroe, Jr.)와 함께 세계 조류들을 분류하다가, 1993년 “A World Checklist of Birds”을 펴낸다. 최근에는 이들의 연구에 기반을 두고, Howard와 Moore, 그리고 Clements 등이 지속적인 연구를 펼쳐 새롭게 분류된 조류목록들을 발표하고 있다.

homoduplex (왼쪽) 와 heteroduplex (오른쪽)

[homoduplex (왼쪽) 와 heteroduplex (오른쪽)]

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