유성생식

[ sexual reproduction ]

수컷과 암컷의 성이 분화하여 양성의 개체에서 생긴 배우자의 수정으로 이루어지는 생식이다.¹⁾ 성의 분화가 확실하지 않은 단세포 생물의 배우자에 의한 생식도 유성생식의 범주에 들어간다. 따라서 유성생식은 배우자에 의한 생식과정이라 할 수 있다. 배우자의 형태적 차이가 있는 경우 큰 것을 알(난자) 그리고 작은 것을 정자라고 한다. 진화생물학적 측면에서 유전자 세트가 타 개체의 것과 섞여 유전적으로 다른 자손이 만들어지는 생식 유형을 유성생식이라 한다.¹⁾ 유성생식은 각 세대에서 유전형질을 혼합시킴으로써 집단에서 매우 큰 유전적 다양성을 만들어낸다. 유전적 다양성은 변화하는 환경에서 종의 생존을 강화하고, 새로운 종에 대한 자료를 제공한다.²⁾

자손을 생성하여 집단 내 개체수를 증가시킨다. 서로 다른 개체로부터 새로운 조합의 유전자를 생성한다.²⁾ 부모로부터 유래하여 생식에 참여하는 특별한 세포를 배우자(gamete)라고 한다. 배우자의 핵은 한 쌍의 염색체 세트만을 가지고 이를 반수체(haploid, n)라고 한다. 2개의 반수체인 배우자가 결합하면 다시 2배체(diploid, 2n)의 세포가 된다. 사람의 경우 배우자인 정자와 난자가 결합하여 2배체인 배를 만든다.

유성생식의 다양성

개체가 생식하고 유전물질을 교환하는 방식은 매우 다양하다. 화석상의 기록으로 2개의 개체가 합쳐져 유전자가 조합되는 최초의 유성생식은 35억 년 전에 출현하였다. 그것은 세균의 접합(conjugation)에 의한 유전물질의 전달과정으로 오늘날도 흔히 볼 수 있다. 세균의 접합은 개체끼리의 유전물질 교환일 뿐 새로운 자손을 생성하는 과정이 아니므로 진정한 생식이라 할 수 없다. 이분법으로 알려진 무성생식으로 개체수를 증식하는 단세포 원생생물인 짚신벌레도 두 세포 간에 유전물질을 교환하는 과정이 있지만 이 과정에서 새로운 개체를 생성하지는 않는다. Chlamydomonas 속에 속하는 단세포 녹조류는 15억 년 전에 최초의 진정한 유성생식과 비슷한 생식과정을 보여준다. 일생의 더 많은 부분을 무성생식기인 반수체로 살아간다. 양성과 음성의 2가지 종류의 반수체가 있다. 특정 환경에서 양성과 음성의 배우자가 결합하여 이배체 세포를 형성하고 이 세포는 감수분열을 통하여 4개의 세포(두개의 양성 세포와 2개의 음성 세포)를 만든다. 반수체인 배우자들은 유사분열로 더욱 많은 반수체 배우자를 만든다. 다음 세대는 양성세포와 음성세포가 결합하면서 이루어진다. 더 복잡한 생물에서 두 종류의 생식세포는 외형이 현저하게 달라서 큰 것은 알(난자)이고 작은 것은 정자이다. 그러나 각각의 세포가 다음 세대로 유전물질을 전달하는 전달자 역할을 하는 것은 같다. 배우자를 생성하기 위하여 염색체 수가 반감되는 과정을 감수분열이라고 한다. 감수분열 이후에 대부분의 생물에서 배우자 세포의 성숙과정을 거친다. 정자는 세포질과 세포소기관이 축소되고, 난자는 세포질이 추가되어 크기 차이가 현저하게 달라진다. 감수분열과 상숙과정을 합쳐서 배우자의 형성과정이라고 한다.²⁾

세대교번

유성생식을 하는 생물에서 세대는 개체마다 반수체/이배체로 유지되는 비율과 지속시기가 서로 다르다. 생식주기에서 가장 중요한 사건은 유전물질을 반으로 줄이는 감수분열(meiosi)과 두 배우자의 결합과정이 수정(fertilization)이다. 수정된 세포로부터 새로운 개체가 시작된다. 사람의 경우 정자와 난자가 생성된 후 성적인 교섭 후 수정이 이루어진다. 성적인 교섭을 위해 짝을 찾는 과정에서 많은 생물에게 많은 에너지를 쓰게 한다. 수정 후 일어나는 체세포분열은 유사분열로 염색체의 반감없이 더 많은 세포를 제공하여 개체를 온전한 개체로 성장시킨다. 유성생식을 하는 생물마다 체세포분열의 기간과 정도는 다양하다. 녹조류, 점균류 그리고 특정 곰팡이는 체세포 증식이 감수분열과 수정 사이에 일어나 더욱 많은 배우자가 만들어진다. 이에 비해 섬모충, 갈조류, 동물에서 체세포 분열기간은 수정과 감수분열 사이에 일어나 이배체 세포가 증식을 한다. 육상식물은 다세포의 이배체 시기와 반수체 시기를 동시에 지니는 복잡한 생활주기를 갖는다. 이러한 과정을 세대교번(alteration of generation)이라고 한다. 식물은 식물의 일부를 이용하여 무성생식으로 새로운 개체를 만들기도 한다. 식물에서 이배체 시기를 포자체(sporophyte)라고 하고, 다세포의 반수체인 배우자를 배우체(gametophyte)라고 한다. 반수체의 생식세포인 정세포와 알세포 가 결합된 수정된 알세포 를 접합자(zygote)라고 한다.²⁾