이소적 종분화
[ allopatric speciation , 異所的 種分化 ]
- 요약
기존의 개체군이 지리적 격리로 분리되어 두 집단으로 나누어지고, 각 집단이 서로 다른 선택 압력을 받아 다른 종으로 분화하는 현상.
종분화(speciation)란 한 종으로 구성된 기존의 개체군에서 새로운 종이 형성되는 진화적 과정을 뜻한다. 종분화는 종분화가 일어나기 전의 개체군과 새로운 개체군 사이의 지리적 관계에 따라서 이소적 종분화(allopatric speciation), 동소적 종분화(sympatric speciation), 측소적 종분화(parapatric speciation), 근소적 종분화(peripatric speciation)로 구분할 수 있다. 이소적 종분화는 기존의 개체군 사이에서 물리적 장벽이 형성되어 두 집단이 지리적으로 격리되고, 그 결과 유전자 흐름(gene flow)이 차단되어 서로 다른 종으로 나누어지는 현상을 말한다. 이소적 종분화를 통해서 생성된 두 종은 추후에 두 종을 가르는 지리적 장벽이 사라진다 하더라도 생식적격리(reproductive isolation)에 의해 더 이상 교배를 통해 자손을 형성할 수 없고, 서로 다른 두 종으로 남게 된다.
이소적 종분화의 과정
이소적 종분화를 발생시키는 지리적 장벽의 예로는 대륙이 융기하여 서식지의 중간에 산맥이 형성된 경우, 서식지의 중간에 호수나 강이 형성되는 경우, 새로운 섬이 만들어지는 경우, 기존의 서식지가 해수면 상승이나 침식으로 나누어진 경우 등이 있다. 이와 같은 지리적인 변동으로 기존의 개체군과 분리되어 형성된 개체군을 아개체군(subpopulation)이라고 한다. 기존의 개체군과 아개체군이 서식하는 환경 조건이 달라지면 두 개체군은 서로 다른 선택 압력(selection pressure)을 받게 된다. 이후 두 집단에서 발생하는 돌연변이가 다르고, 유전적 부동(genetic drift)도 일어날 수 있기 때문에 시간이 지날수록 두 집단의 유전적 차이가 커지게 된다. 또한, 두 집단은 물리적 장벽으로 인해서 교배가 제한되기 때문에 생식을 통한 유전자의 교환이 차단되는 생식적격리가 일어나게 된다. 한 번 생식적격리가 일어나 형질이 달라진 두 개체군은 물리적 장벽이 사라진 이후에도 유전자 교환이 일어날 수 없기 때문에 서로 다른 개체군으로 남는 종분화가 완성된다.
이소적 종분화의 예
대규모의 지리적 격리가 반복적으로 일어난 지역으로 파나마(Panama)가 있다. 파나마 지역은 남아메리카 대륙과 북아메리카 대륙을 연결하는 좁고 긴 육지 지형이다. 이 지역은 과거에 빙하기일 때는 해수면이 하강하여 육지와 연결되었고, 간빙기에는 해수면이 상승해서 육지의 연결이 끊어져 대서양과 태평양이 연결된 상태였다. 해수면의 변동으로 지리적 격리가 발생한 시기로 추정되는 지층에서 발견된 화석들을 연구한 결과, 이 시기에 종분화가 활발하게 일어났다는 것이 확인되었다.
유리시아판과 인도판의 충돌에 의한 대륙의 융기(elevation)로 형성된 히말라야산맥은 많은 생물종에서 이소적 종분화가 일어났다. 히말라야산맥을 기준으로 남쪽과 북쪽은 강수량, 연중 기온, 습도 등의 차이가 발생하여 수많은 식물들이 변화된 환경에 적응하며서 서로 다른 종으로 나누어지는 대규모의 이소적 종분화가 일어났다.
찰스 다윈에 의해서 보고된 갈라파고스 제도의 핀치새의 경우도 지리적 격리에 의해 종분화가 일어난 예이다. 갈라파고스 제도는 화산 활동으로 형성된 다양한 환경의 섬들이 흩어져 있는 군도(群島)이다. 갈라파고스 제도의 섬들은 같은 기후 환경에 놓여 있지만 각 섬의 생태적 환경은 매우 큰 차이를 나타낸다. 환경이 다른 이유는 각 섬이 만들어질 때의 화산 활동의 양상이 서로 달랐고, 섬이 생성된 시기에 따라서 천이가 일어난 정도가 다르기 때문이다. 생태적 차이로 인해서 각 섬에서 핀치새가 구할 수 있는 먹이의 종류가 곤충∙선인장∙견과류∙과일∙꽃∙씨앗 등으로 달랐기 때문에 각 섬의 핀치는 서로 다른 선택 압력을 받게 되었고, 결국 부리의 모양과 크기가 서로 다른 집단으로 진화하게 되었다. 또한, 각 섬들 사이의 거리는 체구가 작은 핀치새가 이동하기 어려운 먼 거리에 위치하였기 때문에 생식적 격리가 발생하여 각 섬의 환경에 적응한 새로운 종으로 분화되는 이소적 종분화가 일어나게 되었다.