곤충 날개의 기원(2). 유전학으로 살펴본 곤충날개의 기원

*시작하기 앞서서 정정 설명을 좀 하겠습니다. 이전 글에서 측판 배엽 기원설이라고 설명하였는데 사실 올바른 번역명은 측판 배엽 기원설이 아니라 밑마디 겉돌기/밑마디 속돌기 기원설입니다. 그리고 가장 유력하다고 설명 하였는데, 좀더 조사를 하니 가장 유력하다고 하기에는 좀 무리가 있는 듯 합니다. 혼란을 드린 점에 사죄의 말씀을 드립니다.

 

곤충 날개의 기원1-불완전한 화석기록으로 살펴본 곤충날개 기원 가설

이전 글 요약: 곤충은 아주 오래전부터 날개를 가졌던 것으로 보이나 곤충 날개의 기원은 화석기록만으로는 알기 어렵다. 기록이 충분하지 않기 때문이다. 다만 현재 지지받는 가설은 과거 곤충의 다리에 부착되어 있었던 돌기가 변화하면서 아가미로, 그리고 날개로 발달하게 된 밑마디 겉돌기/밑마디 속돌기 기원 설이 지지받고 있다. 

 

 이전 글에서 보듯, 곤충의 날개는 화석기록에서 나온 결과를 보면 3억 년이 넘도록 존재했던 것으로 보인다. 그렇다면 과연 어떤 경위로 곤충은 날개를 지니게 된 것일까? 아쉽게도 현재로서는 화석기록만으로는 알아내기 어렵다. 워낙 기록이 적기 때문이다. 다행히 현대에 들어서서 유전학과 발생학, 분자생물학이 발달하게 되면서 곤충 날개의 기원을 추적하기 수월해지고 있다.

 

곤충 날개의 기원에 대한 가설 2가지

 우선 곤충 날개의 기원에 대한 가설을 살펴보자. 먼저 저번 글에서는 밑마디 겉돌기/밑마디 속돌기 기원설이 있다. 곤충의 다리에 달린 돌기가 아가미로, 그리고 날개로 발전하였다는 가설을 이야기하였다. 그 외에 다른 가설로 측판 배엽 기원설(Paranotal Hypothesis)이 있다. 이 가설은 곤충의 등의 돌기가 발달하여서 날개로 진화하였다는 가설로, 그 기반은  화석에 기반을 두고 있다. 고바퀴목(palaeodictyopteran)에 속하는 후기 석탄기(3억7십만 년~3억3십만 년 전 즈음)의 곤충화석 중에서 등 부분에서 3쌍의 돌기와 비슷한 엽(lobe)이 존재하는 화석이 있다. 따라서 등에 솟은 돌기가 발달하여서 날개가 되었다는 가설인 것이다.

스코틀랜드에서 발견된 화석 곤충 이도프틸루스 페아키(Idoptilus peachii). 3쌍의 배엽을 가지고 있다. 출처-Ross, A. (2017)

측판 배엽 기원설에 따른 곤충의 날개 진화과정 그림. 출처-http://somethingscrawlinginmyhair.com/2013/03/30/the-origin-of-insect-wings/

저번 글에서 설명한 밑마디 겉돌기/밑마디 속돌기  기원설을 그린 그림. 출처-http://somethingscrawlinginmyhair.com/2013/03/30/the-origin-of-insect-wings/

 

  정리하자면 곤충의 날개 기원은 새로운 구조(novel structure) 발달 혹은 기존 구조의 변화(modified old structure)의 차이로 나누어졌다. 등판의 돌기를 새로운 구조로 발달시키느냐, 아니면 기존에 다리에 부착된 돌기를  변화시키는가의 차이이다. 하지만 두 가설은 모두 단점이 존재한다. 측판 배엽 가설은 등에 달린 돌기에서 날개를 움직이는 근육과 관절의 기원을 설명하기 불분명하다는 점이 문제이다. 반면에  밑마디 겉돌기/밑마디 속돌기 기원설의 경우 비행을 하는데 중요한 날개가 평평하거나 등에 위치하게 된 점을 설명하기 어렵다는 것이다.

 

아가미에서 기원?

 1997년 네이처지에서 곤충 날개의 기원에 관한 새로운 연구가 실렸다. 독일의 연구팀이 초파리(drosophila)와 풍년새우(흔히 씨몽키로도 불리는 새우이다. 정식 학명은 아르테미아 프란키스카나'artemia franciscana'이다.)의 유전자를 분석한 결과 초파리의 날개를 형성하는 유전자 nubbin과 apterous가 풍년새우의 밑마디돌기(다리에 부착되어 있는 돌기.)의 형성에도 관여한다는 것이다. 따라서 유전자 분석 결과 곤충의 날개는 밑마디 겉돌기/밑마디 속돌기에서 기원하였다는 것을 지지한다는 것이다.

갑각류의 아가미를 발현시키는 Nubbin유전자(pdm)와 apterous유전자. 출처-Averof, M., & Cohen, S. M. (1997)

(다음 편)

https://dinos119.tistory.com/entry/%EA%B3%A4%EC%B6%A9-%EB%82%A0%EA%B0%9C%EC%9D%98-%EA%B8%B0%EC%9B%903-dual-origin%EA%B0%80%EC%84%A4

 

연구 출처-

Ross, A. (2017). Insect evolution: the origin of wings. Current Biology, 27(3), R113-R115.

 

Averof, M., & Cohen, S. M. (1997). Evolutionary origin of insect wings from ancestral gills. Nature, 385(6617), 627-630.

 

Prokop, J., Pecharová, M., Nel, A., Hörnschemeyer, T., Krzemińska, E., Krzemiński, W., & Engel, M. S. (2017). Paleozoic nymphal wing pads support dual model of insect wing origins. Current Biology, 27(2), 263-269.