변이와 자연선택 · 통합과학 2

OPENING STORY · 갈라파고스에서 떠오른 영감

"같은 핀치새인데 왜 섬마다 부리 모양이 달랐을까?"

1835년, 26세의 청년 찰스 다윈은 영국 군함 비글호를 타고 갈라파고스 제도에 도착했다. 그는 작은 핀치새들을 관찰하다 이상한 점을 발견했다 ― 같은 핀치인데 섬마다 부리 모양이 달랐다. 씨앗을 먹는 섬에선 두꺼운 부리, 곤충을 먹는 섬에선 가늘고 뾰족한 부리. "한 종의 새가 각 섬의 환경에 맞춰 다르게 변했구나!" 이 통찰에서 진화론이 시작되었다. 24년 뒤 발간된 『종의 기원』(1859)은 생물학의 모습을 영원히 바꾸었다.

SECTION 01

다윈의 자연선택설

다윈은 4가지 단순한 원리로 생물의 진화를 설명했다. 이 원리들은 너무나 명백해서 한 번 듣고 나면 누구나 받아들이게 된다. 『종의 기원』(1859) 한 권으로 19세기 자연과학의 패러다임이 완전히 바뀌었고, "특별한 창조" 대신 "공통 조상에서의 점진적 변화"가 생명의 새로운 이야기가 되었다.

1809~1882

찰스 다윈 (C. Darwin)

자연선택을 통한 진화 이론을 정립한 영국의 자연과학자. 22세에 비글호 탑승, 50세에 『종의 기원』 출간. 생물학·인류학·심리학 전반의 토대를 바꿨다.

1831~1836

비글호 항해

5년간 남미·태평양·인도양·아프리카를 일주한 영국 군함(27m). 다윈은 자연사학자 겸 선장 동료로 무급 승선. 항해 거리 4만 마일(지구 1.6바퀴).

갈라파고스 제도

다윈의 핀치새

같은 조상에서 갈라진 13~17종의 핀치들이 섬마다 다른 부리 모양으로 진화. 적응 방산(Adaptive Radiation)의 교과서. 각 부리는 먹이에 맞춰져 있다.

DARWIN'S LIFE · 1809–1882

다윈의 인생 — 한 청년이 세상을 바꾼 50년

1809 · 0세

슈루즈베리에서 출생

의사·박물학자 집안. 할아버지 에라스무스 다윈도 진화론적 사상가였다.

1825 · 16세

에든버러 의대 입학 — 자퇴

피를 보는 것을 견디지 못해 의대 포기. 자연사·해양생물에 빠진다.

1828 · 19세

케임브리지 신학 전공 → 자연사 공부

식물학자 헨슬로 교수의 영향으로 자연사학자의 길로 전환.

1831 · 22세

비글호 승선 (12월 27일)

피츠로이 선장의 동료 자연사학자로 무급 승선. 처음엔 2년 예정이 5년으로 늘어났다.

1835 · 26세

갈라파고스 제도 도착 (9월)

5주간 9개 섬 탐사. 핀치새·거북·이구아나 표본 수집. "같은 종인데 섬마다 다르다"는 관찰이 진화 사고의 씨앗.

1838 · 29세

맬서스 『인구론』 독서

"인구는 기하급수, 식량은 산술급수" — 과잉생산·생존경쟁 아이디어를 얻고 자연선택 개념 완성.

1858 · 49세

윌리스의 편지 — 동시 발견

알프레드 윌리스가 인도네시아에서 동일한 자연선택 아이디어를 편지로 보냄. 두 사람 공동 발표.

1859 · 50세

『종의 기원』 출간 (11월 24일)

초판 1,250부 첫날 매진. 20년간 묵혀둔 원고가 마침내 세상에 나옴. 과학 역사상 가장 영향력 있는 책.

1882 · 73세

웨스트민스터 사원 안장

국가 영웅으로 영국 왕실 위인들과 함께 안장. 뉴턴 옆자리.

비글호의 항해 경로 — 5년간 지구 1.6바퀴

다윈의 비글호 항해(1831–1836)는 단순 탐사가 아니었다. 가는 곳마다 표본을 수집하고, 지질을 관찰하고, 동식물 분포를 기록했다. 1,529종의 표본·368쪽 동물 노트·1,750쪽 지질 노트가 후일 『종의 기원』의 토대가 되었다.

주요 정박지 8곳

5년의 항해 중 30곳 이상에 정박. 그중 다윈의 사고에 결정적 영향을 준 곳은:

1832 카보베르데화산섬·지질학 첫 관찰

1832 브라질열대우림·풍부한 종 다양성

1833 파타고니아거대 포유류 화석 발견

1834 칠레안데스 융기·지진 직접 경험

1835 갈라파고스핀치·거북·이구아나 (결정적)

1835 타히티산호초 형성 가설 수립

1836 호주유대류 — 특별한 동물상

1836 남아공귀환 직전 마지막 표본

다윈 진화론의 4가지 핵심 원리

다윈은 복잡한 메커니즘을 도입하지 않았다. "누구나 관찰할 수 있는 4가지 사실"을 연결했을 뿐이다. 이 단순함이 자연선택설의 가장 큰 힘이다.

PRINCIPLE 01 · VARIATION

변이가 있다

같은 종의 개체들은 서로 조금씩 다르다. 색·크기·속도·내성·부리 모양 등. 같은 부모에서 태어나도 모든 자식이 똑같지 않다. 변이는 진화의 재료다.

예시같은 토끼에서도 갈색·회색·흰색이 섞여 태어난다. 사람 키, 머리 색, 손가락 길이도 다르다.

PRINCIPLE 02 · HEREDITY

변이는 유전된다

그 차이의 일부는 자손에게 물려진다. 부모의 특징이 자손에 나타난다. 다윈은 메커니즘(DNA)을 몰랐지만, 유전이 일어난다는 것은 확신했다. 유전이 없으면 진화도 없다.

예시다리 긴 부모에게서 다리 긴 자식이, 검은 깃털 부모에게서 검은 깃털 자식이 더 잘 태어난다.

PRINCIPLE 03 · OVER-PRODUCTION

과잉생산과 생존 경쟁

모든 생물은 자연이 키울 수 있는 것보다 많은 자손을 낳는다. 자원·먹이·짝짓기 기회는 부족하다. 경쟁이 필연적으로 일어난다. (맬서스 인구론에서 영감)

예시개구리 한 마리는 알을 5,000개 낳지만 성체가 되는 건 5마리. 99.9%가 도태된다.

PRINCIPLE 04 · SELECTION

자연선택

환경에 더 잘 적응한 변이를 가진 개체가 살아남아 더 많은 자손을 남긴다. 그 자손이 부모의 특징을 물려받아 다음 세대로 퍼뜨린다. 세대가 지나면 집단 전체가 변한다.

예시가뭄으로 단단한 씨앗만 남으면, 두꺼운 부리 핀치만 살아남고 그 부리가 후손에 퍼진다.

다윈 vs 라마르크 — 어떻게 다른가?

다윈 이전에 진화를 설명한 사람은 장 바티스트 라마르크(1744–1829)였다. 같은 "진화"라도 메커니즘이 다르다. 라마르크는 틀렸지만, "진화한다"는 생각 자체는 다윈에게 영향을 주었다.

CHARLES DARWIN · 1859

자연선택설 ✓

① 처음부터 변이 존재 (무작위) → ② 환경이 유리한 변이를 선택 → ③ 살아남은 개체가 자손을 남김 → ④ 세대 반복으로 집단 변화

기린의 예 (다윈) 처음부터 목 길이가 다른 기린들이 있었다 → 가뭄 때 긴 목 기린만 높은 나뭇잎을 먹어 살아남음 → 다음 세대는 긴 목 비율↑

✓ 현재 정설 (멘델 유전+DNA로 보강)

VS

JEAN-BAPTISTE LAMARCK · 1809

용·불용설 ✗

① 환경 변화 → ② 생물이 노력해서 형질 변화 (용·불용) → ③ 후천적으로 얻은 형질이 유전 → ④ 다음 세대에 직접 전달

기린의 예 (라마르크) 기린이 높은 나뭇잎을 먹으려 목을 늘렸기 때문에 목이 길어졌다. 그 노력의 결과가 자식에게 유전됨.

✗ 후천 형질은 유전 안 됨 (체세포 변화는 생식세포에 전달 X)

갈라파고스 핀치새 — 적응 방산의 교과서

같은 조상에서 갈라진 13종의 핀치새가 갈라파고스 14개 섬에 흩어져 각자의 먹이에 맞춰 부리 모양이 달라졌다. 이 작은 새가 다윈에게 "공통 조상 + 환경 적응 = 종 분화"의 핵심 통찰을 안겨 주었다.

큰 땅 핀치

🌰 단단한 씨앗

두껍고 강한 부리. 가뭄 때 단단해진 씨앗을 깬다.

중간 땅 핀치

🌱 보통 씨앗

중간 두께 부리. 일반 씨앗과 작은 곤충 모두 먹는 범용형.

나무 핀치

🐛 곤충·애벌레

가늘고 뾰족한 부리. 나무 껍질 속 곤충을 잡는다.

도구쓰는 핀치

🪵 나무속 벌레

선인장 가시·작은 막대를 도구로 사용해 나무 구멍 속 벌레를 끄집어낸다.

RESULT 결과 — 진화

이 네 가지 원리(변이·유전·과잉생산·자연선택)가 결합되면 자연스럽게 진화가 일어난다. 시간이 충분히 지나면 한 종이 두 종으로 갈라지고, 새로운 종이 등장한다. 이것이 지구상 약 870만 종(IUCN 추정)이 만들어진 단순하고 강력한 메커니즘이다.

다윈의 위대함은 새 사실을 발견한 데 있지 않다. 이미 알려진 4가지 사실을 연결해 거대한 결론을 끌어낸 데 있다. 과학사에서 가장 강력한 "연결의 통찰" 중 하나다.

SECTION 02

자연선택의 실제 사례 — 우리 눈앞에서 일어나는 진화

진화는 수백만 년 걸리는 일만이 아니다. 짧게는 수십 년·수개월·수일 만에도 일어난다. 산업혁명 시대의 얼룩나방, 항생제 내성균, COVID-19 변이, 갈라파고스 핀치 부리는 모두 "지금 우리 눈앞에서 측정 가능한" 자연선택의 실시간 사례다. 다윈이 증명을 위해 수십 년을 들였지만, 현대 과학은 이제 실시간 진화를 영상처럼 관찰한다.

19세기 영국 산업혁명

얼룩나방의 변신 (Industrial Melanism)

산업혁명 전엔 밝은색 형(typica)이 98%였지만, 매연으로 나무 껍질이 어두워지자 어두운 형(carbonaria)이 90%까지 증가. 단 50년 만의 진화. 1950년대 대기오염 개선 후엔 다시 밝은형 우세로 회귀 — 양방향 진화 직접 관찰의 고전.

1845 · John Gould 삽화

『비글호 항해기』의 핀치

조류학자 존 굴드가 그린 갈라파고스 핀치 4종. 좌상부터 시계방향으로 부리가 점점 작아진다. 다윈이 본 13종의 핀치는 모두 1,000만 년 전 남미 본토의 한 조상에서 갈라진 것 — 적응 방산의 교과서.

실시간 자연선택 4사례 — 측정 가능한 진화

CASE 01 · MELANISM ~ 50년

얼룩나방의 공업암화

영국 산업혁명 시기 얼룩나방(Biston betularia)의 진화. 자연 상태에서는 밝은 회색 나방이 이끼 낀 자작나무 껍질에 위장해 새의 포식을 피했다. 그러나 매연으로 나무가 검게 변하자 상황이 역전되었다.

진화 과정 (1850~1900)

1848년 맨체스터에서 어두운 변이형(carbonaria) 첫 발견
매연으로 자작나무 껍질 검게 변색 (1860~)
밝은형은 새에게 잘 보여 잡힘, 어두운형 생존율↑
1895년 맨체스터 어두운형 비율 98% 도달
1956년 대기오염 규제 후 다시 밝은형 우세로 회귀

2 → 98%

어두운형 비율 (50년)

5~10×

생존율 차이

CASE 02 · ANTIBIOTIC RESISTANCE 수년 ~ 수개월

항생제 내성균의 진화

1928년 플레밍이 페니실린을 발견한 후, 인류는 박테리아와 끝없는 진화 경쟁에 들어갔다. 슈퍼박테리아(MRSA·CRE)는 항생제를 견디는 변이를 선택받아 빠르게 퍼진다 — 자연선택이 병원에서 매일 일어난다.

진화 과정 (자연선택 그대로)

박테리아 집단 내 우연한 돌연변이로 내성균 소수 존재
항생제 투여 → 비내성균은 죽고 내성균만 살아남음
내성균이 빠르게 분열·번식 (20분에 1번)
플라스미드 교환으로 내성 유전자가 다른 균에도 전파
전 세계 병원에서 슈퍼박테리아 확산

127만

2019년 사망자 (WHO)

2050: 1,000만

예상 사망자/년

CASE 03 · VIRAL EVOLUTION 수주 ~ 수개월

COVID-19 바이러스 변이

2019년 등장한 SARS-CoV-2는 알파→델타→오미크론으로 빠르게 진화했다. RNA 바이러스의 높은 돌연변이율 + 인구 8억 감염에서 일어난 강력한 선택 → 실시간 자연선택을 인류가 처음으로 영상처럼 관찰.

변이 진화 (2020~2022)

2020.01 우한 원형 — R0 약 2.5
2020.09 알파 변이 — 전염력 50% ↑
2021.05 델타 변이 — 더 강력, 백신 회피 시작
2021.11 오미크론 변이 — 백신 회피·재감염 ↑
이후 BA.5·XBB 등 끊임없는 미세 진화

2주

새 변이 등장 주기

2 → 12+

기초감염재생산수 (R0)

CASE 04 · BEAK EVOLUTION 1~2년

갈라파고스 핀치 부리 변화

프린스턴대 그랜트 부부가 40년간 매년 갈라파고스 다프네 섬에서 핀치 부리를 측정. 1977년 가뭄으로 단단한 씨앗만 남자 두꺼운 부리 핀치만 살아남았고, 단 1세대 만에 평균 부리 두께가 측정 가능한 만큼 변했다 — 다윈의 이론을 자연에서 직접 확인.

진화 과정 (1977~1978)

1977년 가뭄으로 부드러운 씨앗 거의 사라짐
두꺼운 부리만 단단한 씨앗을 깰 수 있음
얇은 부리 핀치 대량 폐사 (집단 85% 사망)
1978년 자손 부리 평균 4% 더 두꺼움
이후 비 많은 해는 다시 얇은 부리 회귀 — 환경 따라 양방향 진화

+4%

1세대 부리 두께 변화

85% ↓

가뭄 해 집단 감소

자연선택의 3가지 유형 — 환경에 따른 선택 패턴

자연선택은 항상 한 방향으로만 작동하지 않는다. 환경 조건에 따라 평균을 이동시키거나, 유지하거나, 양극단으로 갈라낸다. 어떤 변이가 살아남느냐가 선택 유형을 결정한다.

TYPE 01 · DIRECTIONAL

방향선택

한쪽 극단의 형질이 유리해 평균이 그 방향으로 이동한다. 환경 변화기에 일어난다.

예시가뭄으로 두꺼운 부리만 살아남는 핀치 / 매연으로 어두운 형만 사는 얼룩나방 / 살충제 내성 곤충

TYPE 02 · STABILIZING

안정선택

평균이 가장 유리해 극단값들이 도태된다. 안정된 환경에서 흔하다.

예시사람 신생아 몸무게 (3.5kg 중앙이 사망률 최저) / 종 내 평균 신장·날개 크기 유지

TYPE 03 · DISRUPTIVE

분단선택

양극단이 유리하고 평균이 불리. 한 집단이 두 집단으로 갈라져 종 분화의 시작점이 된다.

예시큰 부리·작은 부리만 사는 카메룬 핀치 (중간은 도태) / 어두운/밝은 두 색만 사는 토양 곤충

적응 방산 · Adaptive Radiation

핀치새 부리의 진화

한 조상에서 출발해 여러 환경에 적응하며 다양한 형태로 갈라지는 적응 방산. 갈라파고스 13종 핀치, 하와이 50종 꿀빨이새, 아프리카 호수 시클리드 1,500종 모두 같은 패턴.

선택의 3유형

방향선택·안정선택·분단선택

환경 조건에 따라 자연선택은 평균을 한쪽으로 이동시키거나(방향), 평균을 유지하거나(안정), 양극단으로 갈라낸다(분단). 같은 자연선택이 환경에 따라 세 모습으로 작동.

INSIGHT 진화는 지금도 일어나고 있다

진화는 박물관 화석 속에서만 일어나는 일이 아니다. 지금 이 순간에도 우리 주변에서 일어나고 있다. 살충제 내성 곤충, 항생제 내성균, COVID 변이주, 가뭄에 적응한 핀치 — 자연선택은 끊임없이 작동한다. 다윈의 통찰은 역사의 이론이 아니라 현재 진행형의 과학이다.

SECTION 03

생물다양성 — 세 가지 차원

생물다양성(biodiversity)은 단순히 "종이 많다"는 뜻이 아니다. 세 가지 차원 ― 유전적 다양성, 종 다양성, 생태계 다양성 ― 으로 이루어진다. 이 세 차원이 함께 풍부할 때 지구의 생명이 건강하다. 자연선택과 진화가 만들어 낸 누적 결과물이 곧 생물다양성이다 — 38억 년 동안 자연이 만든 가장 위대한 도서관.

🌍

870만

SPECIES (추정)

지구 전체 종 수 추정

Mora et al. 2011

📚

220만

CATALOGUED

현재 학명 등록된 종

Catalogue of Life 2024

🔍

86%

UNDISCOVERED

아직 발견하지 못한 종 비율

육상 / 해양은 91% 미발견

⚠️

100만

UNDER THREAT

멸종 위협 종 수

IPBES Global Assessment 2019

LEVEL 1 · GENETIC

유전적 다양성

같은 종 안에서 개체들의 유전자가 얼마나 다양한가. 변이의 원천. 환경 변화에 대응하는 자연의 보험. 유전적 다양성이 낮으면 단 하나의 질병·환경 변화로 전체 집단이 무너질 수 있다.

예: 같은 토종닭 안에도 깃털·체격·산란량 차이 / 인간 ABO 혈액형·HLA 유전자형 / 1840년 아일랜드 감자 단일품종 → 흉작·100만 명 사망

LEVEL 2 · SPECIES

종 다양성

한 지역에 얼마나 많은 종이 살고 있는가. 우리가 흔히 떠올리는 '다양성'. 풍부도(richness)와 균등도(evenness) 두 축으로 측정. 같은 100개체라도 한 종 99마리보다 10종 10마리씩이 더 다양.

예: 열대우림 한 그루 나무에 1,000여 종 곤충 / 아마존 1ha 안 식물 280종 / 한국 무인도 흑산도에 식물 540종

LEVEL 3 · ECOSYSTEM

생태계 다양성

다양한 생태계(서식지)가 존재하는가. 지구 차원의 다양성. 숲·초원·바다·강·습지·갯벌·툰드라·사막 — 각 생태계는 고유한 생물 군집과 비생물 환경을 가진다.

예: 한국에 산림·하천·갯벌·습지·해양·농경지·도시·기수역 등 9개 주요 생태계 / 갯벌은 한국·중국·일본 동아시아 철새 이동의 결정적 중간기착지

🇰🇷

한반도 생물다양성

국토 면적은 세계 109위지만, 단위 면적당 종 다양성은 OECD 상위 — 작은 땅에 큰 다양성.

54,432

국가 생물종 등록 (국립생물자원관 2024)

4,500+

한반도 고유종 (한국에만 분포)

282

멸종위기 야생생물 지정종 (Ⅰ급 68·Ⅱ급 214)

2,500km²

서·남해안 갯벌 (세계 5대 갯벌, 유네스코)

22개

국립공원·도립공원 (육상 + 해상)

DMZ

생물다양성 보고, 분단의 역설

캐나다 숲

버섯 한 자리에 12종

한 작은 숲에서 발견된 다양한 버섯 — 종 다양성의 한 예. 지구상 곰팡이는 약 220만~380만 종으로 추정되지만 현재 학명이 붙은 것은 14만 종에 불과(약 5%).

파나마 바로콜로라도 섬

열대우림의 다양성

한 섬에서 채취한 다양한 열매들. 열대우림은 지구 표면의 6%지만 지구 생물종의 50%가 서식 — 가장 농축된 생물다양성의 보고.

생물다양성 핫스팟 — 지구의 보물섬 4곳

전 세계 36개 생물다양성 핫스팟은 지구 면적의 2.4%에 불과하지만, 식물 종의 50%·척추동물의 43%가 서식한다. 그러나 모두 심각한 위협을 받고 있다.

SOUTH AMERICA · 9개국

아마존 열대우림

550만 km²

면적 (한국의 55배)

300만 종

동식물 종

지구 산소의 20% 생산. 1km² 안에 식물 1,200종·곤충 6만 종. 한 그루 나무에 1,000종 이상의 곤충이 산다.

위협1970년 이래 17% 파괴, 매년 11,000 km² 산림 손실 (벌목·축산·콩 재배). 임계점(25% 손실) 도달 시 사바나화 우려.

PACIFIC · 호주

대보초 (Great Barrier Reef)

344,400 km²

면적 (세계 최대 산호초)

9,000 종

기록된 생물종

우주에서 보이는 유일한 생물 구조물. 산호초는 바다 면적 0.1%지만 해양종의 25%가 서식 — "바다의 열대우림".

위협1995년 이래 산호 50% 손실. 해양 산성화·수온 상승으로 백화현상 반복. 2050년까지 90% 손실 예상.

INDIAN OCEAN · 마다가스카르

마다가스카르

90%

고유종 비율

12,000 종

식물 (8할 고유종)

8,800만 년 전 아프리카에서 분리된 섬. 여우원숭이(레무르) 100여 종, 카멜레온 절반이 이곳에만 산다. "지구 8번째 대륙".

위협원시림 90% 손실. 화전·숯 생산으로 매년 0.5% 산림 사라짐. 여우원숭이 95%가 멸종 위협.

SOUTHEAST ASIA · 보르네오

보르네오 열대우림

15,000 종

식물 종

1억 4천만 년

세계 최고령 우림

아마존보다 오래된 우림. 오랑우탄·코주부원숭이·우림코끼리·딥테로카프 거대나무. 한 ha에 식물 700종(유럽 전체와 동일).

위협팜유 농장 확장으로 50% 손실. 오랑우탄 1973년 28만 → 현재 10만, 매년 6,000마리 감소.

생물다양성을 위협하는 4대 요인 (HIPPO)

국제 생물다양성·생태계 협의체(IPBES)는 생물다양성 감소의 주된 원인을 4가지로 정리한다. 영문 머리글자로 HIPPO(Habitat·Invasive·Pollution·Population·Over-harvesting) — 이중 가장 큰 영향은 서식지 파괴다.

🌳

서식지 파괴

벌목·도시화·농경지 확장. 1970년 이후 자연 서식지 50% 손실.

영향 70%

🌡️

기후변화

온도 상승·해양 산성화. 산호초 백화·북극 빙하 감소·종 분포 이동.

영향 20% ↑

🦎

침입 외래종

인간 이동에 따른 외래종 확산. 토종 생태계 교란·고유종 절멸.

영향 15%

🏭

오염·남획

플라스틱·농약·중금속·과도한 어획. 매년 800만 톤 플라스틱 바다 유입.

영향 12%

WHY 생물다양성이 중요한 이유 — 우리에게 직결

① 생태계의 안정성 ― 다양할수록 환경 변화에 회복력이 크다. 단일 작물 농업은 한 번의 병해로 무너진다.
② 식량·의약품·자원 ― 약의 40%가 식물 유래, 페니실린은 곰팡이에서, 항암제 택솔은 주목나무에서, 아스피린은 버드나무에서.
③ 생태계 서비스 ― 식물의 광합성(산소), 미생물(분해·정화), 곤충(수분 매개) — 인류 식량의 75%가 곤충 수분에 의존.
④ 유전자 자원 ― 미래 농업·생명공학의 기초. 한 식물의 유전자가 미래 식량 위기를 구할 수 있다.
⑤ 경제 가치 ― 생태계 서비스 연간 가치 약 125조 달러(세계 GDP의 1.5배, Costanza 2014).
⑥ 문화·정신적 가치 ― 자연을 사랑하고 보호하는 인간 정서의 근원.
그래서 생물다양성 보전은 인류의 생존이고, 미래의 보험이다.

EXPLORATION · 탐구 활동

🦜 자연선택 모의실험 — 색종이 토끼와 포식자

간단한 도구로 자연선택을 직접 체험해 보자. 시간이 흐름에 따라 어떤 색이 살아남는지 관찰한다.

1

준비 · 초록·빨강·노랑·검정 색종이 각 20개(가로 2cm), 초록색 모포(또는 잔디밭), 스톱워치, 5명의 학생.

2

1세대 · 80개 토끼(각 색 20개)를 초록 모포에 뿌린다. 학생 5명이 30초간 '포식자'가 되어 보이는 토끼만 잡는다.

3

2세대 만들기 · 살아남은 토끼를 색깔별로 세고, 각 색당 살아남은 수의 2배만큼 색종이를 추가해 2세대를 만든다.

4

5세대까지 반복 · 같은 과정을 5번 반복. 매 세대마다 색별 개수를 그래프에 기록.

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해석 · 어떤 색이 살아남았는가? 왜 그런가? 만약 모포가 빨간색이었다면 결과는?

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토론 · 이 실험이 실제 자연에선 어떻게 일어날까? 진화의 속도는 얼마나 빠를까?

WRAP UP

이 단원에서 배운 것

다윈의 비글호 항해부터 갈라파고스 핀치, 실시간 진화 사례, 생물다양성 3차원까지 ― 자연선택이 만든 생명의 다양성을 살펴보았다. 6개의 핵심 개념으로 정리한다.

KEY 01 변이 + 유전 + 과잉생산 + 선택 = 진화

다윈의 자연선택설은 4가지 단순한 원리로 구성된다. ① 변이(Variation) — 같은 종 안에서도 개체들은 모두 다르다 (진화의 재료). ② 유전(Heredity) — 그 차이의 일부가 자손에게 전달된다. ③ 과잉생산(Over-production) — 자연이 키울 수 있는 것보다 많은 자손이 태어나 경쟁이 일어난다 (맬서스). ④ 자연선택(Natural Selection) — 환경에 유리한 변이가 더 많은 자손을 남겨 집단에 퍼진다. 이 네 가지가 결합되면 자동으로 진화가 일어난다 — 단순하지만 870만 종을 만든 강력한 메커니즘.

KEY 02 다윈 vs 라마르크 — 무작위 변이의 선택

라마르크는 "생물이 노력해서 형질을 바꾸고, 그것이 유전된다"고 했다(용·불용설). 다윈은 다르게 봤다 — 처음부터 무작위 변이가 존재하고, 환경이 그 중 유리한 것을 선택할 뿐이다. 기린의 목이 길어진 것은 "늘리려고 노력해서"가 아니라 "긴 목 기린이 먹이를 더 잘 얻어 살아남았기 때문". 현대 유전학·DNA 연구는 다윈이 옳았음을 증명했다.

KEY 03 진화는 지금도 일어난다 — 측정 가능한 실시간 현상

진화는 박물관 화석 속만의 일이 아니다. 지금 이 순간 우리 주변에서 일어나고 있다. ① 얼룩나방(산업혁명, 50년) — 매연으로 어두운 형이 2%→98% 증가, 환경 회복 후 다시 회귀. ② 항생제 내성균(수년~수개월) — 매년 127만 명 사망, 2050년 1,000만 명 예상. ③ COVID-19 변이(수주) — 알파→델타→오미크론 빠른 진화, R0 2 → 12+. ④ 갈라파고스 핀치(1~2년) — 가뭄 후 1세대 만에 부리 4% 두꺼워짐 (그랜트 부부 40년 측정). 다윈의 통찰은 현재 진행형의 과학이다.

KEY 04 자연선택의 3유형 + 적응 방산

자연선택은 환경에 따라 세 가지 패턴으로 작동한다. ① 방향선택 — 한쪽 극단이 유리해 평균이 이동 (가뭄 후 두꺼운 부리, 매연 후 어두운 나방). ② 안정선택 — 평균이 유리해 극단이 도태 (신생아 몸무게 3.5kg 중심 생존). ③ 분단선택 — 양극단이 유리해 집단이 갈라짐 (종 분화의 시작).
한 조상에서 다양한 환경에 적응하며 여러 종으로 갈라지는 것을 적응 방산(Adaptive Radiation)이라 한다 ― 갈라파고스 13종 핀치, 하와이 50종 꿀빨이새, 아프리카 호수 시클리드 1,500종이 모두 같은 패턴이다.

KEY 05 생물다양성 = 유전 + 종 + 생태계 3차원

생물다양성은 단순히 "종이 많다"가 아니다. 세 차원이 함께 풍부해야 한다. ① 유전적 다양성 — 같은 종 안의 유전자 다양성 (단일 품종 농업은 한 번의 병해로 무너진다, 1840년 아일랜드 감자 대기근). ② 종 다양성 — 한 지역의 종 수 (열대우림 한 그루에 곤충 1,000종). ③ 생태계 다양성 — 다양한 서식지 (한국에 9개 주요 생태계, 갯벌은 동아시아 철새 중간기착지). 지구에는 870만 종이 추정되지만 학명이 붙은 것은 220만 종에 불과 — 86%가 미발견.

KEY 06 생물다양성 보전 — 인류의 미래이자 의무

생물다양성은 인류의 직접적 자산이다. 약의 40%가 식물 유래(아스피린 = 버드나무, 택솔 = 주목나무, 페니실린 = 곰팡이), 식량의 75%가 곤충 수분에 의존, 생태계 서비스 연간 가치 125조 달러(세계 GDP 1.5배·Costanza 2014). 그러나 HIPPO(서식지 파괴·외래종·오염·인구·남획)로 현재 100만 종이 멸종 위협, 6번째 대멸종 진행 중. 한국은 작은 땅에 54,432종(4,500+ 고유종) — 단위 면적당 OECD 상위 다양성을 가졌다. 보전은 곧 우리 자신을 지키는 일이다.