| 초록 |
□ 연구개요 온도는 생물의 지리학적 분포와 진화적 적응도를 결정하는 가장 중요한 환경요인이다. 현재 전 세계적으로 큰 환경 위기로 부상하고 있는 기후 온난화는, 특히 주변온도에 절대적으로 지배받는 외온동물들의 생존과 번식을 크게 위협하고 있다. 하지만 이러한 기후 온난화가 외온동물의 적응도에 미치는 장기적 영향에 대한 연구는 부족한 것이 현 실정이다. 본 연구는 외온동물이 환경의 온도변화에 따라 어떻게 한 세대동안, 혹은 여러 세대에 걸쳐 진화하는지를 실험적으로 규명하는데 그 목적이 있다. 이를 위해 본 연구는 생물학의 중요한 모델생물인 노랑초파리(Drosophila melanogaster)를 실험대상으로 하여, 이들이 각기 다른 온도조건에서 보이는 표현형 가소성과 세대간 가소성을 분석하였으며, 온도에 대한 생활사 반응의 양적 유전변이를 측정하는 진화유전학 연구를 수행하였다. 또한 초파리를 100 세대 이상 각기 다른 온도조건에서 자연선택과정을 거치게 한 후, 이에 따른 초파리의 적응도 관련 형질의 진화양상을 검증하는 실험을 수행하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구과제는 현대 생물학의 중요한 모델생물인 노랑초파리(Drosophila melanogaster)를 이용하여, 온도가 외온동물의 진화적 적응도를 결정하는 생활사 형질의 표현형가소성과 진화적 적응과정을 추적하는 일련의 실험을 수행하였다. 본 연구는 크게 다음과 같은 4가지 세부연구를 중심으로 수행되었다. 제 1 세부연구: 온도가 1세대 동안 초파리의 적응도에 미치는 영향 규명 제 2 세부연구: 부모세대에서 경험한 온도가 자식세대의 적응도에 미치는 영향 규명 제 3 세부연구: 온도가 초파리 집단의 유전적 구조에 미치는 영향 분석 제 4 세부연구: 온도변화에 따른 초파리 진화과정에 대한 실험적 검증 연구결과, 노랑초파리는 한 세대 동안 온도변화에 매우 민감하게 반응하였으며, 주변 온도가 상승할수록 성장이 빨라지고 생식력이 증진되는 대신, 수명은 단축되고 몸 크기가 감소하는 경향을 보였다(제 1 세부연구). 이러한 온도의 영향은 한 세대에만 국한된 것이 아니라 자식 세대의 발달과 성장에도 유의미한 영향을 미치는 것으로 나타났는데, 가령 부모세대가 낮은 온도를 경험하였을 경우 자식들의 적응도에 부정적인 효과를 보이는 것으로 나타났다(제 2 세부연구). 본 연구는 현재 전 세계 많은 실험실에서 사용되고 있는 야생형 노랑초파리 6가지 계통이 어떻게 온도에 반응하는지를 비교함으로써, 유전과 온도환경 간의 교호작용을 분석할 수 있었다. 또한 많은 수의 동형접합 유전자 초파리 계통을 이용하여, 평균온도와 온도변동이 생활사 형질들의 유전력, 유전상관 등과 같은 양적유전학의 중요한 측정변수들에 어떠한 영향을 미치는지도 파악할 수 있었다(제 3 세부연구). 이를 통해 초파리가 어떻게 변화하는 온도환경에 진화적으로 반응할 수 있는지를 예측할 수 있었다. 본 연구의 핵심은 진화생물학의 혁신적인 연구 방법론인 자연선택실험법을 이용하여, 초파리가 새로운 온도환경에 진화적으로 적응하는 과정을 실험적으로 추적하는 것으로, 이는 국내에서 최초로 시도된 실험진화생물학 연구이다. 이를 위해 본 연구는 초파리 집단을 100세대 이상 3가지 온도조건에서 자연선택시켰으며, 그에 따른 적응도를 측정하였다. 그 결과 낮은 온도에서 진화한 집단의 경우, 전반적으로 적응도가 떨어지는 것으로 나타났다(제 4세부연구). 본 연구는 당초 계획된 연구목표를 150% 이상 달성하였으며, 추가적으로 온도와 함께 외온동물의 적응도를 결정하는 가장 중요한 요인인 영양섭취와 온도 간의 교호작용을 추가적으로 동정하였다. 또한 평균온도의 변화 외에도 일주기 온도변동이 초파리의 적응 진화와 관련된 연구 또한 수행하였다. 정량적인 측면에서, 본 과제를 통해 총 5편의 논문이 SCI급 국제학술지에 이미 출판되었으며, 추가적으로 3편 이상이 2~3년 내에 출판될 것으로 예상된다. 본 과제를 통해, 본 연구진은 지구온난화로 인해 야기된 기온상승이 지구상의 대다수를 차지하는 외온동물의 생리, 행동, 그리고 생활사 형질을 어떠한 방향으로 변화시키는지를 이해할 수 있었으며, 이를 통해 기후위기에 당면한 우리나라 생물상의 변화를 예측할 수 있는 중요한 자료를 제공하였다. 또한 본 연구는 가장 기초적인 연구분야 중 하나인 진화생물학과 생리생태학 연구를 국제적인 수준에서 성공적으로 수행함으로써, 국내의 관련 연구의 인프라 구축과 신진연구 인력 양성에 기여하였다. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구는 현재 전 세계적으로 심각하게 대두되고 있는 지구 온난화에 대응하여 생물이 어떻게 진화적으로 적응하는지를 이해할 수 있는 토대를 제공하였으며, 이릍 통해 기후 온난화가 우리나라의 생태계와 생물다양성에 미치는 영향을 예측하기 위한 기반 자료를 제시하였다. 이는 궁극적으로 기후변화에 대한 우리나라의 국가적 대응 역량을 강화하는데 크게 이바지할 것으로 기대된다. 또한 본 연구는 주변온도의 변화에 따른 생명체의 진화적 적응과정을 실험적으로 증명함으로써, 국내의 진화생물학 및 생리생태학 분야의 발전에 진전을 가져올 것으로 기대된다. 또한 일반인들에게 기후 변화에 대한 경각심을 일깨우는 교육적 효과가 있을 것으로 예상된다. 모델생물인 초파리로부터 도출된 본 연구의 결과물은 향후 기후변화가 생물의 분자 및 유전체 수준에서 일어나는 현상에 미치는 영향을 분석할 수 있는 학제 간 융합연구에도 기여할 수 잇을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
