바다의 왕자에 남은 유전적 결함? 풀리지 않는 백상아리 DNA의 수수께끼 - 빙하기를 견뎌낸 최상위 포식자에게 일어난 불가사의한 분기

“이중 유전자 이야기”가 더욱 기묘하게

백상아리만큼 유명한 바다의 포식자는 없지만, 그 유전사는 세계에서 가장 불가사의한 수수께끼 중 하나다. 새로운 총설 기사를 발표한 IFLScience는 오랜 통설을 시험적으로 무너뜨리는 최신 연구를 소개하면서, "결론은 '모른다'"라는 연구자의 말로 마무리하고 있다. 문제의 핵심은, 핵 DNA는 지역을 초월해 매우 유사한데, 미토콘드리아 DNA(mtDNA)만이 지역마다 크게 다른라는 “이중 이야기”다. 

빙하기가 낳은 병목 현상, 그리고 세 개의 집단으로

연구팀은 핵 게놈과 모계 유전자 좌를 포함한 대규모 데이터를 사용하여, 먼저 과거의 개체군 동태를 복원했다. 그 결과, 최종 빙하기 말 약 1만 년 전, 백상아리는 인도 태평양 남부의 “바다의 울타리”에 가까운 상태로 단일의 잘 혼합된 집단으로 축소되었으며, 약 7,000년 전부터 분화가 재개되어 현재의 세 개의 유전자 집단(남반구, 북대서양, 북태평양)이 된 것으로 나타났다. 총 개체 수는 세계에서 약 2만 마리에 불과하다. Florida Museum

이 복원은, 빙하가 바닷물을 가두고 해수면이 약 40미터 하락했던 지질학적 사실과도 일치한다. 빙하가 녹고, 물개 등 먹이가 풍부한 북쪽으로 자원이 회복됨에 따라, 백상아리는 다시 확장한 것으로 추정된다. Florida Museum

20년간 지속된 “암컷은 귀소, 수컷은 회유” 가설의 재검증

2001년에 시작된 고전적 연구는, "암컷은 매년 거의 같은 번식지로 돌아오기 때문에(mtDNA가 지역별로 나뉘고, 수컷은 광역 회유로 핵 DNA를 균질화한다)"는 설명을 제시하여 이후 통설이 되었다. 그러나 이번 연구에서는, 핵 측에 “귀소의 흔적”이 전혀 발견되지 않았고, 더 나아가 mtDNA의 분화 속도를 포함한 시뮬레이션에서도, 이 설명으로는 관측된 차이의 크기에 도달할 수 없다는 것이 밝혀졌다. 즉, 이 가설 단독으로는 현상을 설명할 수 없다는 것이다. Florida Museum

“잔혹할 정도로 치명적인” 선택? 여전히 계속되는 막다른 길

그렇다면 무엇이 mtDNA만을 강하게 나누었는가. 소집단에서 발생하기 쉬운 유전적 부동은 핵에는 나타나지 않고 미토콘드리아에만 선택적으로 작용하지 않기 때문에 기각된다. 자연 선택은 후보로 남지만, 작은 개체군에서 mtDNA만으로 이처럼 큰 차이를 만들려면 “잔혹할 정도로 치명적인(brutally lethal)” 선택이 필요하다고 연구팀은 말한다. 현재로서는 확증이 없으며, “솔직한 답은, 모른다”——이것이 최신의 과학적 결론이다. Florida Museum

기초 지식: 핵 DNA와 mtDNA는 무엇이 다른가?

핵 DNA는 부모로부터 물려받아, 형태나 행동 등 “전신의 설계도”의 대부분을 담당한다. 한편, mtDNA는 많은 동물에서 모계 유전하며, 세포의 에너지 대사와 밀접하게 관련된다. 수온·운동 양식·먹이 자원과 같은 환경 요인에 대해, mtDNA의 변이가 미묘하게 적응적으로 작용할 가능성은 오래전부터 논의되어 왔지만, 이번 백상아리의 “핵은 균질, 미토콘드리아는 극단적으로 불균질”이라는 조합은 여전히 설명하기 어렵다. PNAS

연구의 일차 정보는 PNAS로

이 연구의 심사 논문은 PNAS에 게재되어, 암컷 편향된 분산(귀소) 가설을 게놈 스케일로 직접 검증했다. 또한, 미국 플로리다 자연사 박물관의 연구 뉴스는, 빙하기 병목 현상에서의 회복 과정과, 통설의 부정·보류라는 포인트를 간결하게 정리하고 있다. 더 자세히 알고 싶은 독자는 둘 다 참조하길 바란다. PNASFlorida Museum

왜 “수수께끼”가 중요한가

정점 포식자의 유전자 구조는, 생태계 전체의 안정성이나 회복력의 지표가 될 수 있다. **개체군이 적다(약 2만 마리)**는 사실은, 기후 변화나 먹이의 재배치가 미치는 영향을 증폭시킬 수 있음을 나타낸다. 이번 결과는, **채집 설계(어디서·언제·암수 어느 쪽에서 채집할 것인가)**나, 에너지 대사 유전자의 기능 해석, 온도 경사에서의 선택 압력 추정 등, 다음 실험·관측의 방향을 구체적으로 비추었다. Florida Museum

미디어와 SNS의 반응

이 “이상한 결론”은 각 미디어에 빠르게 확산되었다. ScienceAlert나 Discover, Interesting Engineering 등이 요점을 소개하며, “통설이 시험에서 부정되었다”는 점과 “we have no idea”라는 코멘트가 헤드라인이 되었다. ScienceAlertDiscover MagazineInteresting Engineering

연구 모체인 플로리다 자연사 박물관은, X(구 Twitter)에서 **“핵과 미토콘드리아 DNA의 기묘한 차이에 연구자도 당혹”**이라고 게시. Facebook이나 Threads에서도 같은 취지의 공지가 흘러나왔고, 댓글란에서는 “교과서를 다시 써야 하는 사안인 것 같다”, “표본 수를 더 늘리면 보이는 것이 있을 것이다”라는 과학적인 의견부터, “온난화나 인위적 압력과 관련이 있을까?”라는 연상까지 다양한 반응이 쏟아졌다. X (formerly Twitter)Facebook스레즈

한편, IFLScience의 오리지널 기사는, 빙하기에서의 회복사와 3집단의 현재 분포, 통설의 재검증을 알기 쉽게 정리. 독자 댓글에서는 “'미지'를 솔직히 인정하는 과학의 자세가 좋다”는 목소리도 보였다. IFLScience

다음 단계: 검증해야 할 가설들

• 환경 선택 가설의 정밀 조사: mtDNA가 관련된 대사 경로(복합체 I~V)의 비동의 치환과 수온·유영 양식의 상관을, 집단 게노믹스로 재평가. PNAS

• 암수·연령 구성의 시계열 샘플링: 귀소가 핵 측에 흔적을 남기지 않는 이유의 후보를 제거하기 위해, 성어·미성어를 나눈 분석 설계로. Florida Museum

• 광역 표본의 확충: 북태평양·북대서양·남반구의 경계 지역(혼재가 일어날 수 있는 회랑)에서의 중점 채집. Florida Museum

결론──“모른다”는 출발점

과학은 때로 가장 매력적인 답으로 “모른다”를 제시한다. 백상아리의 “이중 유전자 이야기”는, 통설의 검증이 수수께끼의 심화를 초래한 좋은 예다. 다음 단계는, 기능·환경·역사를 연결하는 실증일 것이다. 풀리지 않는 수수께끼일수록, 연구는 앞으로 나아간다. PNASFlorida Museum

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