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공통 조상의 증거

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목차

1. 개요

공통 조상의 증거는 진화의 핵심 증거로, 상동성, 화석, 생화학적 증거, 지리적 격리, 선택, 행동, 그리고 수학적 모델링과 시뮬레이션 등 다양한 분야에서 발견된다. 상동성은 유사한 해부학적 구조를 공유하는 생물들의 공통 조상을 시사하며, 화석은 과거 생물의 흔적을 통해 진화의 과정을 보여준다. 생화학적 증거, 특히 DNA 염기 서열과 단백질 구조의 유사성은 생물 간의 유전적 연관성을 보여주며, 지리적 격리는 종분화를 촉진하는 요인으로 작용한다. 자연 선택, 인위 선택, 실험적 진화는 진화의 과정을 직접 관찰하고 기록할 수 있는 증거를 제공하며, 행동, 색상, 그리고 수학적 모델링과 시뮬레이션은 진화의 원리를 이해하는 데 기여한다.

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공통 조상의 증거
개요
정의공통 조상으로부터의 진화적 유래를 나타내는 증거
중요성생물학적 진화의 주요 개념 중 하나
주요 증거
화석 기록과거 생물체의 형태와 현재 생물체 간의 연결 고리 제공
해부학적 유사성상동 기관: 기능은 다르지만 구조가 유사한 기관 (예: 인간의 팔과 고래의 지느러미)
흔적 기관: 진화 과정에서 기능을 잃은 기관 (예: 인간의 꼬리뼈, 뱀의 뒷다리 뼈)
발생학적 유사성배아 발달 과정에서 나타나는 유사성 (예: 척추동물의 배아에서 나타나는 아가미 틈)
분자생물학적 증거DNA 유사성: 생물 종 간의 유전적 유사성 비교
단백질 유사성: 생물 종 간의 단백질 서열 유사성 비교
생물지리학적 분포지리적 분포 패턴을 통해 진화적 관계 추론 (예: 갈라파고스 군도의 핀치새)
추가적인 증거
직접적인 관찰실험실 또는 자연 환경에서의 진화 과정 관찰 (예: 항생제 내성 세균의 출현)
종의 분기시간이 지남에 따라 종이 어떻게 다양하게 분기되는지 보여줌.
진화 계통수다양한 종들이 공통 조상과 어떻게 관련되어 있는지 보여주는 다이어그램.
비판 및 논쟁
창조과학일부 종교 단체에서 진화론을 부정하고 창조론을 주장
결론
증거의 종합다양한 증거들이 서로 보완하며 공통 조상으로부터의 진화를 뒷받침

2. 상동성

현대 진화 이론의 기반은 찰스 다윈의 저서 《종의 기원》에서 제시된 자연 선택에 의한 진화 이론이다. 다윈은 진화론을 제시하면서 공통 조상의 증거로 상동성을 들었다.[306]

다양한 포유류의 앞다리 골격이 보여주는 상동성


다윈은 인간의 손, 박쥐의 날개, 고래의 앞지느러미, 말의 발굽과 같이 상동 기관이 동일한 해부학적 구조를 나타내는 것을 예로 들었다. 그는 이러한 상동성을 근거로 다양한 생물들이 하나의 공통 조상에서 출발하여 종분화를 거쳐 오늘날과 같은 생물 다양성을 보이게 되었다고 제시하면서, 이를 계통에 따라 분류하는 계통학적 방법을 "분류 체계"라 불렀다.[306]

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃은 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대, 씨방으로 구성되어 있지만, 각 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

되돌이 후두 신경은 미주 신경의 네 번째 분지로, 뇌신경의 일종이다. 포유류에서 이 경로는 유난히 길다. 미주 신경의 일부로서 뇌에서 나와 목을 지나 심장까지 내려가 배대동맥을 돌아서 다시 목을 통해 후두까지 올라간다. 이 경로는 인간에게도 최적의 경로가 아니지만, 기린의 경우 목 길이 때문에 되돌이 후두 신경의 길이가 최적의 경로가 몇 인치에 불과함에도 불구하고 4m에 달할 수 있어 더욱 비효율적이다. 이 신경의 우회 경로는 목이 없고 아가미 틈새 하나에 분포하며 아가미 활 근처를 지나가는 비교적 짧은 신경을 가진 물고기에서 포유류로 진화한 결과이다. 그 이후, 신경이 지배했던 아가미는 후두가 되었고 아가미 활은 포유류의 배대동맥이 되었다.[117][118]

2. 1. 계통

계통"은 공통조상으로부터 내려오는 생물 집단의 전승 기록이다. 우리가 이해하는 생물의 종분화 과정은 나무가지가 갈라져 나오는 것으로 표현할 수 있다. 이와 같이 생물의 계통을 여러 분기를 가진 나무 모양으로 나타내는 것을 계통수라 한다.[307]

유사한 조상에 대한 가장 강력한 증거 중 하나는 유전자 염기 서열에서 비롯된다. 비교 염기 서열 분석은 서로 다른 종의 DNA 염기 서열 간의 관계를 조사하여[1] 찰스 다윈의 원래 공통 조상 가설을 확인하는 여러 가지 증거를 제시한다. 공통 조상 가설이 사실이라면, 공통 조상을 공유하는 종은 해당 조상의 DNA 염기 서열뿐만 아니라 해당 조상에게 고유한 돌연변이도 물려받았다. 더 가까운 관련 종은 더 먼 관련 종에 비해 동일한 염기 서열과 공유된 치환의 비율이 더 높다.

'''그림 1a:''' 찰스 다윈은 HMS ''비글''호에 탑승하여 과학에 새로운 수많은 표본을 수집했으며, 이는 그의 후기 자연 선택에 의한 진화 이론을 뒷받침했다.


가장 단순하고 강력한 증거는 계통 발생 재구성에 의해 제공된다. 이러한 재구성은, 특히 느리게 진화하는 단백질 염기 서열을 사용하여 수행될 때 매우 강력하며 현대 생물체의 진화 역사를 광범위하게 재구성하는 데 사용할 수 있다(심지어 매머드 또는 네안데르탈인의 회수된 유전자 염기 서열과 같이 멸종된 생물체의 진화 역사에서도 사용될 수 있다). 이러한 재구성된 계통 발생도는 형태학적 및 생화학적 연구를 통해 확립된 관계를 재현한다.[2] 가장 자세한 재구성은 모든 진핵생물 유기체가 공유하는 미토콘드리아 게놈을 기반으로 수행되었으며,[3] 이는 짧고 염기 서열 분석이 용이하다. 가장 광범위한 재구성은 몇 개의 매우 오래된 단백질의 염기 서열을 사용하거나 리보솜 RNA 염기 서열을 사용하여 수행되었다.

계통 발생 관계는 반복, 전이 인자, 가짜 유전자, 아미노산 서열을 변경하지 않는 단백질 코딩 서열의 돌연변이를 포함한 광범위한 비기능적 염기 서열 요소로 확장된다. 이러한 요소의 소수가 나중에 기능을 갖는 것으로 밝혀질 수 있지만, 전체적으로 동일성은 공통 기능보다는 공통 조상의 산물이어야 함을 보여준다.[4]

3. 화석 증거

화석은 이전에 살았던 생물의 흔적으로, 다양한 지질 시대에 걸쳐 누적되어 형성된 화석들은 생물 진화의 경향을 파악할 수 있는 증거가 된다.[308] 생물이 죽으면 대개 빠르게 부패하거나 청소 동물에 의해 소비되어 흔적이 남지 않지만, 간혹 일부 유기체는 보존되기도 한다. 과거 지질 시대 유기체의 잔해나 흔적 화석이 자연적인 과정에 의해 암석에 묻힌 것을 화석이라고 하며, 이는 지구상의 생명의 진화 역사를 이해하는 데 매우 중요하다. 고생물학은 화석 기록과 다양한 지질 시대와의 관계를 기반으로 과거 생물을 연구하는 학문이다.

화석화를 통해 유기체의 흔적과 잔해가 빨리 묻혀 풍화와 부패가 일어나지 않아야 한다. 골격 구조나 유기체의 다른 단단한 부분은 화석화된 잔해의 가장 흔한 형태이며, 이전 유기체의 틀, 주형 또는 흔적을 보여주는 일부 흔적 화석도 존재한다.

동물이 죽으면 유기 물질이 점차적으로 분해되어 뼈가 다공성이 된다. 이후 동물이 진흙에 묻히면 광물 염이 뼈에 침투하여 점차적으로 기공을 채우고, 뼈는 돌로 굳어 화석으로 보존된다. 이러한 과정을 석화라고 한다. 죽은 동물이 바람에 날려온 모래로 덮여 있고, 모래가 이후에 폭우나 홍수에 의해 진흙으로 변하면, 광물 침투의 동일한 과정이 일어날 수 있다. 석화 외에도, 유기체의 사체는 얼음, 굳어진 수지의 구과식물 (--) 등에 잘 보존될 수 있다.

화석 기록을 연대순으로 배열하여 특정 생물 집단이 어떻게 진화했는지 알 수 있다. 이러한 순서는 화석이 주로 퇴적암에서 발견되기 때문에 결정될 수 있다. 퇴적암은 서로 위에 쌓인 미사 또는 진흙 층으로 형성되며, 각 층은 형성된 특정 기간에 전형적인 화석을 포함한다. 가장 낮은 지층에는 가장 오래된 암석과 가장 초기의 화석이 포함되어 있고, 가장 높은 지층에는 가장 젊은 암석과 더 최근의 화석이 포함되어 있다.

화석 발견을 통해 동식물의 계승도 볼 수 있는데, 더 오래된 화석 함유 암석에는 더 적은 종류의 화석화된 유기체가 포함되어 있고 모두 더 단순한 구조를 가지고 있는 반면, 더 젊은 암석에는 더 다양한 화석이 포함되어 있으며, 종종 점점 더 복잡한 구조를 가지고 있다.[121]

오늘날, 주어진 암석에서 방사성 붕괴 및 안정적인 화학 원소의 비율을 측정함으로써, 과학자들은 화석의 연대를 더욱 정확하게 측정할 수 있다. 이 기술을 방사성 연대 측정이라고 한다.

화석 기록 전반에 걸쳐, 초기 층서 수준에서 나타나는 많은 종들이 나중 수준에서는 사라진다. 이는 진화론적 관점에서 종이 기원하고 멸종된 시기를 나타내는 것으로 해석된다. 지구의 역사 전체에 걸쳐 지리적 지역과 기후 조건이 다양해졌고, 유기체는 특정 환경에 적응하므로, 끊임없이 변화하는 조건은 자연 선택의 메커니즘을 통해 새로운 환경에 적응한 종을 선호했다.

찰스 다윈은 남아메리카에서 화석을 수집했고, 근처에 사는 현대 아르마딜로의 인갑과 같은 거대한 버전이라고 생각되는 갑옷 조각을 발견했다. 해부학자 리처드 오언은 그 조각들이 아르마딜로와 관련된 거대한 멸종된 ''Glyptodon''에서 왔음을 보여주었다. 이것은 다윈이 그의 이론을 발전시키는 데 도움이 된 분포 패턴 중 하나였다.[120]

글립토돈

3. 1. 말의 진화

여러 지질 시대에 걸친 화석을 바탕으로 말의 진화를 구성해 보면 다음과 같다. 에오세 전기에 살았던 말의 조상 히라코테리움의 화석은 북아메리카에서 발견되었다. 히라코테리움은 네 개의 앞발가락과 세 개의 뒤발가락을 지니고 있었다. 이후 진화 과정을 통해 발가락 수가 점차 감소해 하나의 발굽을 이루며 키가 점점 커졌다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 말은 다른 포유류들에서 분화하여 별도의 종으로 진화한 것이다. 한편, 말은 플라이스토세에 지구 여러 곳으로 퍼져 나갔으나 북아메리카에서는 멸종하였다. 말이 북아메리카에 다시 서식하기 시작한 것은 근대에 들어 스페인 사람들이 가져간 때부터이다.[309]

'''그림 3e:''' 말의 진화로, 연속적인 암석 층에서 얻은 화석 종의 재구성을 보여준다. 발 다이어그램은 모두 왼쪽 앞발의 정면도이다. 세 번째 중수골은 전체적으로 음영 처리되어 있다. 치아는 세로 단면으로 표시된다. 선형 시퀀스는 말의 계통 발생 트리의 많은 경로 중 하나일 뿐이다.


시대속
플라이스토세 (약 1백만 년 전)현생 말 - Equus caballus
마이오세 후기 (약 8백만 년 전)플리오히푸스
마이오세 중기 (약 1천5백만 년 전)메리치푸스
에오세 후기 (약 3천5백만 년 전)메소히푸스
에오세 전기 (약 5천만 년 전)히라코데리움



말은 에오세 초기부터 현재까지 북아메리카의 퇴적층에서 거의 완전한 화석 기록이 발견되었기 때문에, 진화 역사(계통 발생)의 가장 훌륭한 예 중 하나를 제공한다.

이 진화 계열은 약 5400만 년 전에 북아메리카에 살다가 유럽과 아시아로 퍼진 ''히라코테리움''(일반적으로 ''에오히푸스''라고 함)이라는 작은 동물로 시작된다. ''히라코테리움''의 화석 유해는 세 가지 중요한 측면에서 현대 말과 다르다는 것을 보여준다. 히라코테리움은 작은 동물(여우 크기)이었고, 가볍게 만들어졌으며 달리기에 적응했다. 사지는 짧고 가늘며 발은 길어져서 손가락이 거의 수직을 이루고 앞다리에는 4개의 손가락이, 뒷다리에는 3개의 손가락이 있었다. 그리고 앞니는 작았고, 어금니는 둥근 치아 융기로 덮인 낮은 치관을 가지고 있었다.

''히라코테리움''에서 ''에쿠스''(현대 말)까지 말의 발달 과정은 적어도 12개의 속과 수백 종의 종을 포함했을 가능성이 높다. 말의 발달에서 변화하는 환경 조건에 따라 나타나는 주요 경향은 다음과 같다.


  • 크기 증가 (0.4m에서 1.5m로)
  • 사지와 발의 길이 연장
  • 측면 손가락 감소
  • 세 번째 손가락의 길이와 두께 증가
  • 앞니 너비 증가
  • 앞어금니를 어금니로 대체
  • 치아 길이 증가, 어금니의 치관 높이 증가


다양한 지층에서 발견된 화석화된 식물은 ''히라코테리움''이 살았던 습하고 나무가 우거진 땅이 점차 건조해졌다는 것을 보여준다. 생존은 주변 시골을 잘 보기 위해 머리를 높이 드는 것과 포식자로부터 도망치기 위한 빠른 속도에 달려 있었고, 따라서 크기가 증가하고 벌어진 발이 발굽 발로 대체되었다. 더 건조하고 단단한 땅은 원래 벌어진 발이 지지할 필요가 없게 만들었다. 치아의 변화는 식단이 부드러운 초목에서 초식으로 바뀌었다고 가정하여 설명할 수 있다. 각 지질 시대의 주요 속이 선택되어(그림 3e 참조) 조상 형태에서 현대 형태로 말 계통의 느린 변화를 보여준다.

3. 2. 중간 고리

진화는 수백만 년에 걸쳐 일어나는 점진적인 변화이다. 따라서 오래전에 처음으로 나타났던 고생물과 현재의 생물 사이에는 중간 단계에 해당하는 고생물들이 존재하게 된다. 예를 들어 시조새는 공룡과 조류의 중간 고리로 평가받고 있다. 시조새는 이빨, 비늘 달린 다리와 같은 공룡의 특징과 함께 속이 빈 뼈, 깃털과 같은 새의 특징이 함께 나타난다.[310]

화석 기록은 과학자들이 유기체의 진화 역사를 추적하는 데 중요한 자료이다. 그러나 이 기록에 내재된 한계로 인해, 관련된 종 집단 사이에는 세밀한 규모의 중간 형태가 존재하지 않는다. 기록에서 이러한 연속적인 화석의 부재는 생물학적 집단의 계보를 추적하는 데 주요한 한계이다. 이전에 지식의 틈새였던 부분에서 중간 형태를 보여주는 전이 화석이 발견되면, 흔히 대중적으로 "잃어버린 고리"라고 불린다.

캄브리아기 시작과 오르도비스기 말 사이에는 약 1억 년의 간격이 있다. 초기 캄브리아기는 해면동물, 자포동물(예: 해파리), 극피동물(예: 에오크리노이드), 연체동물(예: 달팽이) 및 절지동물(예: 삼엽충)의 수많은 화석이 발견되는 시기였다. 척추동물의 전형적인 특징을 가진 최초의 동물인 ''아란다스피스''는 오르도비스기 후기에 존재했던 것으로 추정된다. 따라서 무척추동물과 척추동물 사이의 중간 형태의 화석은 거의 발견되지 않았지만, 버제스 셰일의 동물인 ''피카이아 그라실렌스''[127]와 그 친척인 마오톈산 셰일의 ''밀로쿤밍기아'', ''윤나노주온'', ''하이코우엘라 란세올라타''[128] 및 ''하이코우익티스''[129]가 유력한 후보에 포함된다.

화석 기록이 불완전한 이유는 다음과 같다.

  • 일반적으로 유기체가 화석화될 확률은 매우 낮다.
  • 일부 종이나 집단은 부드러운 몸체를 가지고 있어 화석화될 가능성이 낮다.
  • 일부 종이나 집단은 화석화에 적합하지 않은 조건에서 살고 (그리고 죽고) 있어 화석화될 가능성이 낮다.
  • 많은 화석이 침식 및 지각 운동으로 파괴되었다.
  • 대부분의 화석은 단편적이다.
  • 일부 진화적 변화는 종의 생태적 범위의 한계 내에서 발생하며, 이러한 개체군은 작을 가능성이 높기 때문에 화석화될 확률이 낮다 (단속평형 참조).
  • 마찬가지로, 환경 조건이 변화하면 종의 개체수가 크게 감소하여 이러한 새로운 조건에 의해 유도된 모든 진화적 변화가 화석화될 가능성이 낮다.
  • 대부분의 화석은 외부 형태에 대한 정보를 전달하지만 유기체가 어떻게 기능했는지에 대해서는 거의 알려주지 않는다.
  • 현재의 생물 다양성을 지침으로 사용하면, 발굴된 화석은 과거에 살았던 많은 수의 유기체 종의 작은 일부만을 나타낸다.

4. 생화학적 증거

현재까지 알려진 지구상의 모든 생물은 기본적으로 동일한 세포 구조를 가지고 있다. 원핵생물을 포함한 모든 세포는 RNA, DNA와 같은 유전 물질을 통해 단백질을 생성하고 성장한다. 진핵생물은 리보솜, 미토콘드리아와 같은 세포 소기관을 지니고 있으며, 이들의 구성 방식과 역할은 생물 종에 관계없이 동일하다. 이는 모든 생물이 동일한 공통 조상에서 진화했음을 보여준다.[311]

분자 생물학적 증거는 대규모 진화적 변화를 위한 다양한 메커니즘을 뒷받침한다.


  • 게놈 및 유전자 중복은 약하거나 전혀 선택적 제약이 없는 상태에서 상당한 양의 유전 물질을 제공하여 빠른 진화를 촉진한다.
  • 수평 유전자 이동은 유전 물질을 해당 생물의 자손이 아닌 다른 세포로 전달하는 과정으로, 종들이 서로에게서 유익한 유전자를 얻을 수 있게 한다.
  • 서로 다른 많은 수의 대립 유전자를 재분류하고 생식적 고립을 확립할 수 있는 유전적 재조합이 있다.
  • 내공생설은 미토콘드리아와 색소체(엽록체 포함)의 기원을 설명하는데, 이는 고대 원핵생물 세포가 고대 진핵생물 세포에 통합된 결과이다.
  • 이 이론은 진핵생물 세포 소기관이 서서히 진화하는 대신, 다른 종의 유전 물질과 생화학적 구성을 통합함으로써 갑작스러운 진화적 도약을 위한 메커니즘을 제공한다.
  • 이 메커니즘을 뒷받침하는 증거는 원생생물인 ''하테나''에서 발견되었는데, 이는 포식자로서 녹조류 세포를 삼킨 후 내공생체처럼 행동하여 영양을 공급하고, 결국 먹이 섭취 장치를 잃고 자가영양생물처럼 행동한다.[23][24]


신진대사 과정은 화석을 남기지 않으므로, 기본적인 세포 과정의 진화에 대한 연구는 주로 현존하는 유기체의 비교를 통해 이루어진다. 많은 계통이 새로운 신진대사 과정이 나타났을 때 분화되었으며, 공통 조상의 후손의 특성을 비교하거나 그 물리적 징후를 감지하여 특정 신진대사 과정이 언제 나타났는지 이론적으로 결정할 수 있다. 예를 들어, 지구 대기에 산소가 나타난 것은 광합성의 진화와 관련이 있다.

4. 1. 시토크롬 C

시토크롬 C는 세포 안에서 생성되는 단백질로 100여 개의 아미노산으로 이루어져 있다. 시토크롬 C를 만드는 DNA 염기쌍은 진화 과정에서 발생한 돌연변이로 인해 종마다 조금씩 차이를 보인다. 그 결과 생물종마다 체내에서 생성되는 시토크롬 C의 구조가 조금씩 달라지게 된다. 이를 바탕으로 여러 생물종의 시토크롬 C를 비교함으로써 이들의 종분화 관계를 파악할 수 있다. 서로 구조가 비슷한 시토크롬 C를 갖는 생물은 구조 차이가 많이 나는 생물종보다 나중에 종분화가 이루어졌다고 볼 수 있다.[312]

4. 2. 게놈

게놈은 한 생물종의 유전자 전체를 말한다. 계통적으로 가까운 생물들, 즉 비교적 최근에 종분화가 일어난 생물들은 서로 매우 비슷한 게놈을 가지고 있다. 예를 들어 인간과 침팬지의 게놈은 5% 정도만 다르다.[313]

유전자 염기 서열은 유사한 조상에 대한 강력한 증거를 제공한다. 비교 염기 서열 분석은 서로 다른 종의 DNA 염기 서열 간의 관계를 조사하여[1] 공통 조상 가설을 확인하는 여러 증거를 제시한다. 공통 조상을 공유하는 종은 해당 조상의 DNA 염기 서열과 돌연변이를 물려받는다. 따라서 가까운 관련 종은 먼 관련 종보다 동일한 염기 서열과 공유된 치환의 비율이 더 높다.

계통 발생 재구성은 특히 느리게 진화하는 단백질 염기 서열을 사용할 때 매우 강력하며, 현대 생물체의 진화 역사를 광범위하게 재구성하는 데 사용될 수 있다. 멸종된 생물체(예: 매머드, 네안데르탈인)의 유전자 염기 서열을 사용하기도 한다. 이러한 계통 발생도는 형태학적 및 생화학적 연구를 통해 확립된 관계를 재현한다.[2] 미토콘드리아 게놈은 모든 진핵생물 유기체가 공유하며,[3] 짧고 염기 서열 분석이 용이하여 자세한 재구성에 사용된다. 몇 개의 매우 오래된 단백질 염기 서열이나 리보솜 RNA 염기 서열을 사용하여 광범위한 재구성을 수행하기도 한다.

계통 발생 관계는 반복, 전이 인자, 가짜 유전자, 아미노산 서열을 변경하지 않는 단백질 코딩 서열의 돌연변이를 포함한 광범위한 비기능적 염기 서열 요소로 확장된다. 이러한 요소의 일부가 나중에 기능을 갖는 것으로 밝혀질 수 있지만, 전체적으로 동일성은 공통 기능보다는 공통 조상의 산물임을 보여준다.[4]

현존하는 모든 유기체는 핵산(DNA 또는 RNA)으로 암호화된 유전 정보가 RNA로 전사된 후, 리보솜에 의해 단백질로 번역되는 동일한 생화학적 과정을 기반으로 한다. 유전 암호는 거의 모든 유기체에서 동일하다. 즉, 세균의 DNA 조각은 인간 세포의 DNA와 동일한 아미노산을 암호화한다. ATP는 모든 현존 생명체의 에너지 통화로 사용된다. 발달 생물학에 대한 이해는 공통적인 형태가 공유된 유전적 요소의 산물임을 보여준다.[5] 예를 들어, 카메라형 눈은 여러 번 독립적으로 진화했다고 여겨지지만,[6] 모든 시각적 생물이 공통적으로 사용하는 빛 감지 단백질(옵신)을 공유하므로 시각적 생물 모두의 기원이 같다는 것을 시사한다.[7][8] 홈상자 (Hox) 유전자군에 의해 제어되는 척추동물 몸체 구조도 그 예시이다.[9]

단백질체학적 증거는 생명의 보편적 조상을 뒷받침한다. 리보솜, DNA 중합효소, RNA 중합효소와 같은 필수적인 단백질은 원시적인 박테리아부터 복잡한 포유류까지 모든 생명체에서 발견된다. 단백질의 핵심 부분은 모든 생명 계통에서 보존되어 유사한 기능을 수행한다. 고등 생물은 핵심의 조절 및 단백질-단백질 상호작용에 영향을 미치는 추가적인 단백질 소단위체를 진화시켰다. DNA, RNA, 아미노산 및 지질 이중층과 같은 유사성은 공통 조상 이론을 뒷받침한다. 다양한 생물의 단백질 서열에 대한 계통 발생 분석은 모든 생물 간의 유사한 관계 트리를 생성한다.[17] DNA, RNA, 아미노산의 키랄성은 모든 생명체에서 보존된다. 오른쪽 또는 왼쪽 손잡이 분자 키랄성에 기능적 이점이 없으므로, 초기 생물에 의해 무작위로 이루어진 선택이 공통 조상을 통해 전달되었다는 가설이 가장 간단하다. 가짜 DNA인 유사 유전자는 돌연변이가 꾸준히 축적되는 "죽은" 유전자로, 조상 계통을 재구성하는 증거를 제공한다.[18]

사람의 2번 염색체는 침팬지와 공통 조상으로부터 ''호모 사피엔스''가 진화했다는 증거를 보여준다. 다른 사람과(Hominidae) 구성원은 24쌍의 염색체를 가지지만 사람은 23쌍만 가지고 있다. 사람의 2번 염색체는 두 개의 조상 염색체의 머리 대 머리 융합의 결과이다.[25][26]

이에 대한 증거는 다음과 같다.

  • 2번 염색체와 두 개의 유인원 염색체의 일치: 침팬지는 사람의 2번 염색체와 거의 동일한 DNA 서열을 가지고 있지만, 두 개의 별도 염색체에서 발견된다. 고릴라와 오랑우탄도 마찬가지이다.[27][28]
  • 흔적 중심체의 존재: 일반적인 염색체는 하나의 중심체만 가지지만, 2번 염색체에는 두 번째 중심체의 잔재가 있다.[29]
  • 흔적 텔로미어의 존재: 텔로미어는 보통 염색체의 끝에만 있지만, 2번 염색체에는 중간에 추가적인 텔로미어 서열이 있다.[30]


따라서 2번 염색체는 사람과 다른 유인원의 공통 조상을 강력하게 지지하는 증거를 제시한다. J. W. Ijdo는 "코스미드 c8.1과 c29B에서 복제된 유전좌가 고대 텔로미어-텔로미어 융합의 잔재이며, 두 조상 유인원 염색체가 융합되어 사람의 2번 염색체를 형성한 지점을 나타낸다고 결론 내립니다."라고 말했다.[30]

5. 지리적 격리와 종분화의 증거



지리적 격리에 의해 일어나는 종분화를 이소적 종분화라 한다. 찰스 다윈은 갈라파고스 제도에서 여러 종류의 핀치를 관찰한 결과 자연선택을 발견하였다.[314] 낙타속의 연구에서도 이와 같은 이소적 종분화를 확인할 수 있다. 낙타과의 조상 생물은 북아메리카의 서부에서 화석이 발견되고 있으며 이후 이들은 아시아, 아프리카로 이주한 낙타와 남아메리카로 이주한 라마로 분화되었다.[315]

다양한 대륙과 섬에서 종의 존재 또는 부재에 관한 데이터(생물지리학)는 공통 조상의 증거를 제공하고 종분화 패턴을 밝히는 데 도움이 될 수 있다.

5. 1. 낙타과의 종분화

찰스 다윈은 갈라파고스 제도에서 여러 종류의 핀치를 관찰하여 자연선택을 발견하였다.[314] 이와 같이 지리적 격리에 의해 일어나는 종분화를 이소적 종분화라 한다.

낙타과의 진화와 이동 경로를 살펴보면 이소적 종분화를 확인할 수 있다. 낙타과의 조상 생물 화석은 북아메리카 서부에서 발견되며, 이들은 아시아, 아프리카로 이주한 낙타와 남아메리카로 이주한 라마로 분화되었다.[315]

6. 비교 생리학 및 생화학



지구상의 모든 생물은 세포를 기본 단위로 하며, DNA와 RNA를 통해 유전 정보를 저장하고 단백질을 합성하여 생명 현상을 유지한다.[311] 진핵생물은 리보솜, 미토콘드리아와 같은 세포 소기관을 가지며, 이들의 구조와 기능은 종에 관계없이 동일하다. 이는 모든 생물이 공통 조상으로부터 진화했음을 뒷받침한다.[311]

비교 염기 서열 분석은 서로 다른 종의 DNA 염기 서열 간의 관계를 조사하여[1] 공통 조상 가설을 확인하는 여러 가지 증거를 제시한다. 공통 조상을 공유하는 종은 해당 조상의 DNA 염기 서열뿐만 아니라 해당 조상에게 고유한 돌연변이도 물려받는다. 따라서 가까운 관련 종은 먼 관련 종보다 동일한 염기 서열과 공유된 치환의 비율이 더 높다.

단백질체학적 증거 또한 생명의 보편적 조상을 뒷받침한다. 리보솜, DNA 중합효소, RNA 중합효소와 같은 필수적인 단백질은 가장 원시적인 세균부터 가장 복잡한 포유류에 이르기까지 모든 생명체에서 발견된다. 단백질의 핵심 부분은 모든 생명 계통에서 보존되어 유사한 기능을 수행한다.

시토크롬 C는 세포 안에서 만들어지는 단백질로, 종마다 조금씩 다른 구조를 가진다. 이러한 시토크롬 C의 구조 차이를 비교하면 생물 종 간의 유연관계를 파악할 수 있다.[312]

레트로바이러스의 일종인 내생 레트로바이러스는 생식세포 DNA에 삽입되어 유전된다. 서로 다른 종의 게놈에서 동일한 위치에 내생 레트로바이러스가 발견된다면, 이는 두 종이 공통 조상을 공유했음을 의미한다.

6. 1. 유전학

게놈은 한 생물종의 유전자 전체를 의미한다. 계통적으로 가까운 생물들, 즉 비교적 최근에 종분화가 일어난 생물들의 게놈은 서로 매우 비슷하다. 예를 들어 인간과 침팬치의 게놈은 단지 5%만이 다를 뿐이다.[313]

유전자 염기 서열은 유사한 조상에 대한 강력한 증거를 제공한다. 비교 염기 서열 분석은 서로 다른 종의 DNA 염기 서열 간의 관계를 조사하여[1] 공통 조상 가설을 확인하는 여러 증거를 제시한다. 공통 조상을 공유하는 종은 해당 조상의 DNA 염기 서열과 그 조상에게 고유한 돌연변이를 물려받는다. 따라서 가까운 관련 종은 먼 관련 종보다 동일한 염기 서열과 공유된 치환의 비율이 더 높다.

계통 발생 재구성은 가장 단순하고 강력한 증거를 제공한다. 특히 느리게 진화하는 단백질 염기 서열을 사용한 재구성은 매우 강력하며, 현대 생물체뿐만 아니라 매머드나 네안데르탈인처럼 멸종된 생물체의 진화 역사까지 광범위하게 재구성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 계통 발생도는 형태학적 및 생화학적 연구를 통해 확립된 관계를 재현한다.[2] 가장 자세한 재구성은 모든 진핵생물 유기체가 공유하는 미토콘드리아 게놈을 기반으로 수행되었으며,[3] 이는 짧고 염기 서열 분석이 용이하다.

계통 발생 관계는 반복, 전이 인자, 가짜 유전자, 아미노산 서열을 변경하지 않는 단백질 코딩 서열의 돌연변이 등 비기능적 염기 서열 요소로 확장된다. 이러한 요소의 일부가 나중에 기능을 갖는 것으로 밝혀질 수 있지만, 전체적으로 동일성은 공통 기능보다는 공통 조상의 산물임을 보여준다.[4]

고고유전학과 공통 조상 연구를 통해 진화에 대한 수학적 모델을 만들 수 있다. 시월 라이트, 로널드 피셔, J. B. S. 홀데인 등의 학자들이 연구하고 기무라 모토가 확산 이론을 통해 확장한 이 모델은 진화하는 개체군의 유전 구조를 예측할 수 있게 해준다. DNA 염기서열 분석으로 현대 개체군의 유전 구조를 직접 검사하면 이러한 예측이 맞는지 확인할 수 있다.[40]

예를 들어, 현대 인류가 아프리카에서 시작되어 작은 하위 집단이 다른 지역으로 이동했다는 아프리카 기원설이 있다. 이 가설에 따르면, 아프리카에서 나온 개체군(유럽인 및 아시아인)은 아프리카 개체군보다 유전적 다양성이 낮고, 대립 유전자 빈도가 더 균일해야 한다. 실제로 여러 연구에서 이러한 예측이 사실임을 확인했다.[40]

6. 1. 1. 보편적인 생화학적 조직 및 분자 변이 패턴

지구상의 모든 생물은 기본적으로 동일한 세포 구조를 가지고 있다.[311] 원핵생물을 포함한 모든 세포는 RNA, DNA와 같은 유전 물질을 통해 단백질을 생성하고 성장한다. 진핵생물은 리보솜, 미토콘드리아와 같은 세포 소기관을 지니고 있으며, 이들의 구성 방식과 역할은 생물 종에 관계없이 동일하다. 이는 모든 생물이 동일한 공통 조상에서 진화했음을 보여준다.[311]

알려진 모든 현존 유기체는 동일한 생화학적 과정을 기반으로 한다. 핵산(DNA 또는 RNA)으로 암호화된 유전 정보는 RNA로 전사된 다음, 리보솜에 의해 단백질로 번역된다. 유전 암호가 거의 모든 유기체에서 동일하다는 점은 주목할 만하다. 즉, 세균의 DNA 조각은 인간 세포의 DNA와 동일한 아미노산을 암호화한다. ATP는 모든 현존 생명체의 에너지원으로 사용된다. 발달 생물학에 대한 연구는 공통적인 형태가 공유된 유전적 요소의 산물임을 보여준다.[5] 예를 들어, 카메라형 눈은 여러 번 독립적으로 진화했지만,[6] 모든 시각적 생물이 공통적으로 사용하는 빛 감지 단백질(옵신)을 공유하므로 시각적 생물 모두의 기원이 같다는 것을 알 수 있다.[7][8] 홈상자 (Hox) 유전자군에 의해 제어되는 척추동물 몸체 구조 역시 공통 조상의 증거이다.[9]

6. 1. 2. DNA 시퀀싱

게놈은 한 생물종의 유전자 전체를 의미한다. 계통적으로 가까운 생물들, 즉 비교적 최근에 종분화가 일어난 생물들의 게놈은 서로 매우 비슷하다. 예를 들어 인간과 침팬치의 게놈은 단지 5%만이 다를 뿐이다.[313]

유전자 염기 서열은 유사한 조상에 대한 강력한 증거를 제공한다. 비교 염기 서열 분석은 서로 다른 종의 DNA 염기 서열 간의 관계를 조사하여[1] 공통 조상 가설을 확인하는 여러 증거를 제시한다. 공통 조상을 공유하는 종은 해당 조상의 DNA 염기 서열과 그 조상에게 고유한 돌연변이를 물려받는다. 따라서 가까운 관련 종은 먼 관련 종보다 동일한 염기 서열과 공유된 치환의 비율이 더 높다.

계통 발생 재구성은 가장 단순하고 강력한 증거를 제공한다. 특히 느리게 진화하는 단백질 염기 서열을 사용한 재구성은 매우 강력하며, 현대 생물체뿐만 아니라 매머드나 네안데르탈인처럼 멸종된 생물체의 진화 역사까지 광범위하게 재구성하는 데 사용될 수 있다. 이러한 계통 발생도는 형태학적 및 생화학적 연구를 통해 확립된 관계를 재현한다.[2] 가장 자세한 재구성은 모든 진핵생물 유기체가 공유하는 미토콘드리아 게놈을 기반으로 수행되었으며,[3] 이는 짧고 염기 서열 분석이 용이하다.

계통 발생 관계는 반복, 전이 인자, 가짜 유전자, 아미노산 서열을 변경하지 않는 단백질 코딩 서열의 돌연변이 등 비기능적 염기 서열 요소로 확장된다. 이러한 요소의 일부가 나중에 기능을 갖는 것으로 밝혀질 수 있지만, 전체적으로 동일성은 공통 기능보다는 공통 조상의 산물임을 보여준다.[4]

시월 라이트, 로널드 피셔, J. B. S. 홀데인 등의 학자들이 개척하고 기무라 모토가 확산 이론을 통해 확장한 진화에 대한 수학적 모델은 진화하는 개체군의 유전 구조에 대한 예측을 가능하게 한다. DNA 염기서열 분석을 통한 현대 개체군의 유전 구조 직접 검사를 통해 이러한 예측 중 많은 부분을 확인할 수 있었다. 예를 들어, 현대 인류가 아프리카에서 발생하여 작은 하위 집단이 이주(개체군 병목 현상을 겪음)했다는 아프리카 기원설은 현대 개체군이 이러한 이주 패턴의 특징을 보여야 함을 의미한다. 특히, 병목 현상 이후의 개체군(유럽인 및 아시아인)은 아프리카 개체군에 비해 전반적으로 낮은 유전적 다양성과 보다 균일한 대립 유전자 빈도 분포를 보여야 한다. 이러한 예측은 여러 연구의 실제 데이터를 통해 입증되었다.[40]

6. 1. 3. 단백질

단백질체학적 증거는 생명의 보편적 조상을 뒷받침한다. 리보솜, DNA 중합효소, RNA 중합효소와 같은 필수적인 단백질은 가장 원시적인 세균부터 가장 복잡한 포유류에 이르기까지 모든 생명체에서 발견된다. 단백질의 핵심 부분은 모든 생명 계통에서 보존되어 유사한 기능을 수행한다. 고등 생물은 핵심의 조절 및 단백질-단백질 상호작용에 큰 영향을 미치는 추가적인 단백질 소단위체를 진화시켰다. DNA, RNA, 아미노산 및 지질 이중층과 같이 현존하는 모든 생물 계통 간의 다른 전반적인 유사성은 공통 조상 이론을 뒷받침한다. 다양한 생물의 단백질 서열에 대한 계통 발생 분석은 모든 생물 간의 유사한 관계 트리를 생성한다.[17] DNA, RNA, 아미노산의 키랄성은 알려진 모든 생명체에서 보존된다. 오른쪽 또는 왼쪽 손잡이 분자 키랄성에 기능적 이점이 없으므로, 가장 간단한 가설은 선택이 초기 생물에 의해 무작위로 이루어져 공통 조상을 통해 모든 현존하는 생명체에 전달되었다는 것이다. 조상 계통을 재구성하기 위한 추가 증거는 돌연변이가 꾸준히 축적되는 "죽은" 유전자와 같은 가짜 DNA인 유사 유전자에서 나온다.[18]

6. 1. 4. 가짜 유전자

가짜 유전자(pseudogene)는 비암호화 DNA라고도 불리며, 단백질 합성을 위해 RNA로 전사되지 않는 게놈 내의 DNA이다. 이 비암호화 DNA 중 일부는 알려진 기능을 가지고 있지만, 대부분은 알려진 기능이 없으며 "쓸모없는 DNA"라고 불린다.[19][20][21][22] 가짜 유전자는 암호화 유전자가 전사를 방해하는 돌연변이를 축적하여 기능하지 못하게 될 때 생성될 수 있다.[19] 이러한 유전자를 복제하는 데 에너지가 소모되기 때문에, 가짜 유전자는 흔적 기관의 예시로 볼 수 있다. 비암호화 DNA인 가짜 유전자는 어떤 유익한 기능을 제공하지 않는 한, 적합성에 영향을 미치지 않고 사라질 수 있다. 기능하지 않는 가짜 유전자는 후대 종에게 전달될 수 있으며, 이를 통해 후대 종을 초기 종의 후손으로 간주할 수 있다.

6. 1. 5. 기타 메커니즘

고고유전학, 공통 조상 연구를 통해 진화에 대한 수학적 모델을 만들 수 있다. Sewall Wright, Ronald Fisher, J. B. S. Haldane과 같은 학자들이 연구하고 Motoo Kimura가 확장한 이 모델은 진화하는 개체군의 유전 구조를 예측할 수 있게 해준다. DNA 염기서열 분석으로 현대 개체군의 유전 구조를 직접 검사하면 이러한 예측이 맞는지 확인할 수 있다.[40]

예를 들어, 현대 인류가 아프리카에서 시작되어 작은 하위 집단이 다른 지역으로 이동했다는 아프리카 기원설이 있다. 이 가설에 따르면, 아프리카에서 나온 개체군(유럽인 및 아시아인)은 아프리카 개체군보다 유전적 다양성이 낮고, 대립 유전자 빈도가 더 균일해야 한다. 실제로 여러 연구에서 이러한 예측이 사실임을 확인했다.[40]

계통수는 진화 패턴을 보여주는 개념적 모델이다. 예를 들어, Amniota의 계통수는 포유류와 파충류의 마지막 공통 조상과 그 후손들을 보여준다. 이 계통수는 모든 Amniotes가 양막을 가진 알을 낳는다는 초기 조건과, 포유류와 파충류가 공통 조상으로부터 분리되었다는 분화 패턴을 보여준다.[64]

계통적 브래킷 방법은 단순한 추측보다 더 높은 확률로 예측을 할 수 있게 해준다. 예를 들어, 고생물학자들은 이 방법으로 깃털 달린 공룡과 같은 화석 생물의 특성을 예측하고, 분자 생물학자들은 RNA 대사 및 단백질 기능에 대한 예측을 제시한다.[65][66]

진화 생물학자들은 계통 발생 체계적 방법을 사용하여 진화 이론을 검증한다. 이 방법은 가설(계통수의 특정 분기 패턴)이 증거(계통 간의 특성 분포)의 가능성을 얼마나 높이는지를 측정한다.[67][68][69] "인과적 사건이 발생하지 않았다면 관찰될 가능성이 가장 적은" 예측이 있을 때 이론에 대한 테스트의 엄격함이 증가한다.[70]

6. 2. 특수 비교 생리학 및 생화학 예시

고고유전학과 공통 조상 개념은 유전자 염기 서열 분석을 통해 강력한 증거를 얻고 있다. 비교 염기 서열 분석은 서로 다른 종의 DNA 염기 서열 간 관계를 조사하여[1] 찰스 다윈이 제시한 공통 조상 가설을 뒷받침한다. 공통 조상을 공유하는 종들은 조상의 DNA 염기 서열과 그 조상에게서 유래된 돌연변이를 모두 물려받는다. 따라서, 더 가까운 관계의 종들은 더 먼 관계의 종들보다 동일한 염기 서열과 공유된 변이의 비율이 높다.

계통 발생 재구성은 가장 단순하면서도 강력한 증거를 제공한다. 특히 느리게 진화하는 단백질 염기 서열을 이용한 재구성은 현대 생물체는 물론, 매머드나 네안데르탈인과 같이 멸종된 생물체의 진화 역사까지 광범위하게 재구성할 수 있게 해준다.[2] 이러한 계통 발생도는 형태학적, 생화학적 연구 결과와도 일치한다.[3]

모든 현존 유기체는 핵산(DNA 또는 RNA)으로 암호화된 유전 정보가 RNA로 전사된 후, 리보솜에 의해 단백질로 번역되는 동일한 생화학적 과정을 기반으로 한다. 유전 암호는 거의 모든 유기체에서 동일하며, 세균의 DNA 조각은 인간 세포의 DNA와 동일한 아미노산을 암호화한다. ATP는 모든 현존 생명체의 에너지 통화로 사용된다. 발생생물학에 대한 깊은 이해는 공통적인 형태가 공유된 유전적 요소의 산물임을 보여준다.[5] 예를 들어, 카메라형 눈은 여러 번 독립적으로 진화했지만,[6] 모든 시각적 생물이 옵신을 공유하므로 시각적 생물 모두의 기원이 같다는 것을 시사한다.[7][8] 척추동물 몸체 구조는 홈상자 (Hox) 유전자군에 의해 제어된다.[9]

단백질체학적 증거 또한 생명의 보편적 조상을 뒷받침한다. 리보솜, DNA 중합효소, RNA 중합효소와 같은 필수적인 단백질은 모든 생명체에서 발견된다. 단백질의 핵심 부분은 모든 생명 계통에서 보존되어 유사한 기능을 수행한다. 고등 생물은 핵심의 조절 및 단백질-단백질 상호작용에 큰 영향을 미치는 추가적인 단백질 소단위체를 진화시켰다. DNA, RNA, 아미노산 및 지질 이중층과 같이 현존하는 모든 생물 계통 간의 다른 전반적인 유사성은 공통 조상 이론을 뒷받침한다. 다양한 생물의 단백질 서열에 대한 계통 발생 분석은 모든 생물 간의 유사한 관계 트리를 생성한다.[17] DNA, RNA, 아미노산의 키랄성은 알려진 모든 생명체에서 보존된다. 오른쪽 또는 왼쪽 손잡이 분자 키랄성에 기능적 이점이 없으므로 가장 간단한 가설은 선택이 초기 생물에 의해 무작위로 이루어져 공통 조상을 통해 모든 현존하는 생명체에 전달되었다는 것이다. 조상 계통을 재구성하기 위한 추가 증거는 돌연변이가 꾸준히 축적되는 가짜 DNA인 유사 유전자에서 나온다.[18]

6. 2. 1. 인간의 2번 염색체

(출력 없음)

6. 2. 2. 시토크롬 c와 b

시토크롬 C는 세포 안에서 만들어지는 단백질로, 약 100여 개의 아미노산으로 구성되어 있다. 시토크롬 C를 만드는 DNA 염기쌍은 진화 과정에서 생긴 돌연변이 때문에 종마다 조금씩 다르다. 이로 인해 생물 종마다 체내에서 생성되는 시토크롬 C의 구조도 약간씩 차이가 난다. 이러한 점을 이용하여 여러 생물 종의 시토크롬 C를 비교하면 이들이 어떻게 종분화되었는지 알 수 있다. 서로 비슷한 구조의 시토크롬 C를 가진 생물은 구조 차이가 큰 생물 종보다 더 최근에 종분화가 일어났다고 볼 수 있다.[312]

6. 2. 3. 내생 레트로바이러스

내생 레트로바이러스(Endogenous retrovirus)는 레트로바이러스의 일종으로, 생물의 생식세포 DNA에 삽입되어 유전되는 바이러스를 말한다. 이들은 오랜 시간에 걸쳐 숙주 DNA의 일부가 되며, 더 이상 외부로 방출되지 않고 다음 세대로 수직 전달된다.

내생 레트로바이러스는 공통 조상의 강력한 증거를 제공한다. 서로 다른 종의 게놈을 비교했을 때, 특정 위치에 동일한 내생 레트로바이러스가 발견된다면 이는 두 종이 과거에 공통 조상을 공유했음을 의미한다. 이는 마치 두 권의 책에서 동일한 오타가 같은 위치에서 발견되는 것과 유사하다. 우연의 일치라고 보기에는 매우 희박한 확률이기 때문이다.

사람과 침팬지의 게놈을 비교하면, 수백만 개의 DNA 염기서열 중 특정 위치에 동일한 내생 레트로바이러스가 다수 발견된다. 이는 사람과 침팬지가 공통 조상으로부터 유래했음을 보여주는 강력한 증거 중 하나이다.

6. 2. 4. 현대 인류의 최근 아프리카 기원

고고유전학과 공통 조상 개념은 유전자 염기 서열 분석을 통해 강력한 증거를 얻고 있다. 비교 염기 서열 분석은 서로 다른 종의 DNA 염기 서열 간 관계를 조사하여[1] 찰스 다윈이 제시한 공통 조상 가설을 뒷받침한다. 공통 조상을 공유하는 종들은 조상의 DNA 염기 서열과 그 조상에게서 유래된 돌연변이를 모두 물려받는다. 따라서, 더 가까운 관계의 종들은 더 먼 관계의 종들보다 동일한 염기 서열과 공유된 변이의 비율이 높다.

계통 발생 재구성은 가장 단순하면서도 강력한 증거를 제공한다. 특히 느리게 진화하는 단백질 염기 서열을 이용한 재구성은 현대 생물체는 물론, 매머드나 네안데르탈인과 같이 멸종된 생물체의 진화 역사까지 광범위하게 재구성할 수 있게 해준다.[2] 이러한 계통 발생도는 형태학적, 생화학적 연구 결과와도 일치한다.[3] 모든 진핵생물 유기체가 공유하는 미토콘드리아 게놈은 짧고 염기 서열 분석이 용이하여 가장 상세한 계통 발생 재구성에 사용된다.[3] 가장 광범위한 재구성은 몇 개의 매우 오래된 단백질이나 리보솜 RNA 염기 서열을 사용하여 수행된다.

계통 발생 관계는 반복, 전이 인자, 가짜 유전자, 아미노산 서열을 변경하지 않는 단백질 코딩 서열의 돌연변이 등 다양한 비기능적 염기 서열 요소로도 확장된다. 이러한 요소들 중 일부가 나중에 기능을 갖는 것으로 밝혀지기도 하지만, 전체적으로는 공통 기능보다는 공통 조상으로부터 유래했음을 보여준다.[4]

Sewall Wright, Ronald Fisher, J. B. S. Haldane과 같은 학자들이 개척하고 확산 이론을 통해 Motoo Kimura가 확장한 진화의 수학적 모델은 진화하는 개체군의 유전 구조를 예측할 수 있게 해준다. DNA 염기서열 분석을 통해 현대 개체군의 유전 구조를 직접 검사함으로써 이러한 예측의 상당 부분을 확인할 수 있었다. 예를 들어, 현대 인류가 아프리카에서 기원하여 소규모 하위 집단이 이주했다는 아프리카 기원설은 현대 개체군이 이러한 이주 패턴의 특징, 즉 개체군 병목 현상을 겪은 유럽인 및 아시아인이 아프리카인에 비해 낮은 유전적 다양성과 균일한 대립 유전자 빈도 분포를 보일 것을 예측한다. 그리고 실제로 여러 연구에서 이러한 예측이 입증되었다.[40]

7. 비교 해부학

현대 진화 이론의 기반은 찰스 다윈의 저서 《종의 기원》에서 제시된 자연 선택에 의한 진화 이론이다. 다윈은 진화론을 제시하면서 공통조상의 증거로 상동성을 들었다.[306]

다윈은 인간의 손, 박쥐의 날개, 고래의 앞지느러미, 그리고 말의 발굽과 같이 해부학적 구조가 동일한 상동 기관을 예로 들었다. 그는 이러한 상동성을 근거로 다양한 생물들이 하나의 공통 조상에서 출발하여 종분화를 거쳐 오늘날과 같은 생물 다양성을 보이게 되었다고 제시하였다. 또한, 이를 계통에 따라 분류하는 계통학적 방법을 "분류 체계"라 불렀다.[306]

비교 해부학은 동물이나 식물 집단의 해부학을 비교 연구하여 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되어 있지만, 각 개별 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

7. 1. 흔적 기관

되돌이 후두 신경은 미주 신경의 네 번째 분지이며, 뇌신경이다. 포유류에서 이 경로는 유난히 길다. 미주 신경의 일부로서 뇌에서 나와 목을 지나 심장까지 내려가 배대동맥을 돌아서 다시 목을 통해 후두까지 올라간다.

이 경로는 인간에게도 최적의 경로가 아니지만, 기린에게는 더욱 최적화되지 않는다. 기린의 목 길이 때문에 되돌이 후두 신경의 길이는 최적의 경로가 몇 인치에 불과함에도 불구하고 4m에 달할 수 있다.

이 신경의 우회 경로는 목이 없고 아가미 틈새 하나에 분포하며 아가미 활 근처를 지나가는 비교적 짧은 신경을 가진 물고기에서 포유류로의 진화의 결과이다. 그 이후로, 그것이 지배했던 아가미는 후두가 되었고 아가미 활은 포유류의 배대동맥이 되었다.[117][118]

목소리 신경이 기린에게서 보이는 것과 유사하게, 정관은 많은 척추동물의 남성 해부학의 일부이며, 사정을 위해 부고환에서 정자를 운반한다. 인간의 경우, 정관은 고환에서 위로 올라가 요관 위를 둥글게 돌아 요도와 음경으로 내려간다. 이것은 인간 진화 과정에서 고환의 하강, 즉 온도와 관련이 있을 가능성이 높기 때문이라고 제안되어 왔다. 고환이 내려오면서, 정관은 요관 위를 우연히 "걸쳐지는" 것을 수용하기 위해 길어졌다.[118][119]

7. 2. 발생학적 증거

진화는 수백만 년에 걸쳐 일어나는 점진적인 변화이다. 따라서 오래전에 처음으로 나타났던 고생물과 현재의 생물 사이에는 중간 단계에 해당하는 고생물들이 존재하게 된다. 예를 들어 시조새는 공룡과 조류의 중간 고리로 평가받고 있다. 시조새는 이빨, 비늘 달린 다리와 같은 공룡의 특징과 함께 속이 빈 뼈, 깃털과 같은 새의 특징이 함께 나타난다.[310]

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되어 있다. 그러나 각 개별 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

7. 3. 상동 구조와 분기 (적응) 진화



현대 진화 이론의 기반은 찰스 다윈의 저서 《종의 기원》에서 제시된 자연 선택에 의한 진화 이론이다. 다윈은 진화론을 제시하면서 공통조상의 증거로 상동성을 들었다.[306]

다윈은 인간의 손, 박쥐의 날개, 고래의 앞지느러미, 말의 발굽과 같이 해부학적 구조가 동일한 상동 기관을 예로 들었다. 그는 이러한 상동성을 근거로 다양한 생물들이 하나의 공통 조상에서 출발하여 종분화를 거쳐 오늘날과 같은 생물 다양성을 보이게 되었다고 제시하였다. 또한, 이를 계통에 따라 분류하는 계통학적 방법을 "분류 체계"라 불렀다.[306]

7. 3. 1. 진화 나무

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되어 있다. 그러나 각 개별 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

7. 3. 2. 잔존 구조

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되어 있다. 그러나 각 개별 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

7. 4. 특수 비교 해부학 예시

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되어 있다. 그러나 각 개별 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

7. 4. 1. 곤충 입 부분 및 부속지

이전 답변에서 이미 지적했듯이, 주어진 원본 소스에는 '곤충 입 부분 및 부속지'에 대한 내용이 포함되어 있지 않습니다. 따라서 해당 섹션에 내용을 추가하는 것은 불가능하며, 원본 소스에 기반하여 작성해야 한다는 지시사항을 위반하게 됩니다. 이전 답변을 그대로 유지합니다.

7. 4. 2. 공룡의 골반 구조

모든 생물이 가지고 있는 단백질인 사이토크롬 c의 변이는 진화에 대한 생화학적 증거의 고전적인 예이다. 서로 다른 생물체의 사이토크롬 c 변이는 아미노산 차이 수로 측정되며, 각 아미노산 차이는 염기쌍 치환, 즉 돌연변이의 결과이다. 각 아미노산 차이가 하나의 염기쌍 치환 결과라고 가정하면, 사이토크롬 c 유전자의 치환된 염기쌍이 성공적으로 전달되는 데 걸리는 추정 시간을 염기쌍 치환 수에 곱하여 두 종이 갈라진 시기를 계산할 수 있다. 예를 들어, 사이토크롬 c 유전자의 염기쌍이 돌연변이하는 데 걸리는 평균 시간이 N년이고, 원숭이의 사이토크롬 c 단백질을 구성하는 아미노산 수가 인간과 한 개 차이가 난다면, 두 종이 N년 전에 갈라졌다는 결론을 내릴 수 있다.

사이토크롬 c의 기본 구조는 약 100개의 아미노산 사슬로 구성된다. 많은 상위 유기체는 104개의 아미노산 사슬을 가지고 있다.[31]

사이토크롬 c 분자는 진화 생물학에 대한 통찰력을 제공하기 위해 광범위하게 연구되었다. 닭과 칠면조는 동일한 염기 서열 상동성(아미노산 대 아미노산)을 가지며, 돼지, 소, 양도 마찬가지이다. 인간과 침팬지는 동일한 분자를 공유하는 반면, 붉은털 원숭이는 아미노산 중 하나를 제외한 모든 아미노산을 공유한다.[32] 66번째 아미노산은 전자는 아이소류신이고 후자는 트레오닌이다.[31]

이러한 상동적인 유사점이 사이토크롬 c의 공통 조상을 특히 시사하는 점은, 이러한 유사점으로부터 파생된 계통 발생이 다른 계통 발생과 매우 잘 일치한다는 사실 외에도, 사이토크롬 c 분자의 기능적 중복성이 높다는 점이다. 존재하는 아미노산의 서로 다른 구성은 단백질의 기능에 크게 영향을 미치지 않으며, 이는 염기쌍 치환이 의도적인 설계의 일부가 아니라 선택의 대상이 아닌 무작위 돌연변이의 결과임을 나타낸다.[33]

또한, 사이토크롬 b는 서열 변이성으로 인해 유기체 간의 계통 발생 관계를 결정하기 위해 일반적으로 미토콘드리아 DNA의 영역으로 사용된다. 이는 과 및 속 내의 관계를 결정하는 데 가장 유용하다고 간주된다. 사이토크롬 b를 포함한 비교 연구는 새로운 분류 체계를 도출했으며, 새로 기술된 종을 속으로 할당하고, 진화적 관계에 대한 이해를 심화하는 데 사용되었다.[34]

7. 4. 3. 오지형 다지류

Cytochrome c영어 분자는 진화 생물학에 대한 통찰력을 제공하기 위해 광범위하게 연구되었다.[32] 닭과 칠면조는 동일한 염기 서열 상동성(아미노산 대 아미노산)을 가지며, 돼지, 소, 양도 마찬가지이다. 인간과 침팬지는 동일한 분자를 공유하는 반면, 붉은털 원숭이는 아미노산 중 하나를 제외한 모든 아미노산을 공유한다.[32] 66번째 아미노산은 전자는 아이소류신이고 후자는 트레오닌이다.[31]

이러한 상동적인 유사점이 사이토크롬 c의 공통 조상을 특히 시사하는 점은, 이러한 유사점으로부터 파생된 계통 발생이 다른 계통 발생과 매우 잘 일치한다는 사실 외에도, 사이토크롬 c 분자의 기능적 중복성이 높다는 점이다. 존재하는 아미노산의 서로 다른 구성은 단백질의 기능에 크게 영향을 미치지 않으며, 이는 염기쌍 치환이 의도적인 설계의 일부가 아니라 선택의 대상이 아닌 무작위 돌연변이의 결과임을 나타낸다.[33]

7. 4. 4. 기린의 되돌이 후두 신경

미주 신경의 네 번째 분지인 되돌이 후두 신경은 뇌신경이다. 포유류에서 이 신경의 경로는 매우 길다. 뇌에서 시작하여 목을 지나 심장까지 내려가 배대동맥을 돌아서 다시 목을 통해 후두까지 올라간다.

이 경로는 사람에게도 최적은 아니지만, 기린의 경우 목이 길기 때문에 되돌이 후두 신경의 길이는 4m에 달할 수 있다. 하지만 최적의 경로는 몇 인치에 불과하다.

이 신경이 우회하는 경로는 목이 없고 아가미 틈새 하나에 분포하며 아가미 활 근처를 지나가는 비교적 짧은 신경을 가진 물고기에서 포유류로 진화한 결과이다. 그 후, 신경이 지배했던 아가미는 후두가 되었고 아가미 활은 포유류의 배대동맥이 되었다.[117][118]

7. 4. 5. 정관의 경로

사이토크롬 c 분자는 진화 생물학에 대한 통찰력을 제공하기 위해 광범위하게 연구되었다. 닭과 칠면조는 동일한 염기 서열 상동성(아미노산 대 아미노산)을 가지며, 돼지, 소, 양도 마찬가지이다. 인간과 침팬지는 동일한 분자를 공유하는 반면, 붉은털원숭이는 아미노산 중 하나를 제외한 모든 아미노산을 공유한다.[32] 66번째 아미노산은 전자는 아이소류신이고 후자는 트레오닌이다.[31]

이러한 상동적인 유사점이 사이토크롬 c의 공통 조상을 특히 시사하는 점은, 이러한 유사점으로부터 파생된 계통 발생이 다른 계통 발생과 매우 잘 일치한다는 사실 외에도, 사이토크롬 c 분자의 기능적 중복성이 높다는 점이다. 존재하는 아미노산의 서로 다른 구성은 단백질의 기능에 크게 영향을 미치지 않으며, 이는 염기쌍 치환이 의도적인 설계의 일부가 아니라 선택의 대상이 아닌 무작위 돌연변이의 결과임을 나타낸다.[33]

8. 고생물학

화석은 이전에 살았던 생물의 흔적이다. 다양한 지질 시대에 걸쳐 누적되어 형성된 화석들은 생물 진화의 경향을 파악할 수 있는 증거들이다.[308] 진화는 수백만 년에 걸쳐 일어나는 점진적인 변화이므로, 오래전에 처음으로 나타났던 고생물과 현재의 생물 사이에는 중간 단계에 해당하는 고생물들이 존재한다. 예를 들어 시조새는 공룡과 조류의 중간 고리로 평가받고 있는데, 이빨, 비늘 달린 다리와 같은 공룡의 특징과 속이 빈 뼈, 깃털과 같은 새의 특징이 함께 나타난다.[310]

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구를 통해 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되지만, 각 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

생물이 죽으면 빠르게 부패하거나 청소 동물에 의해 소비되어 영구적인 증거를 남기지 못하는 경우가 많지만, 일부는 자연적인 과정에 의해 암석에 묻혀 화석으로 보존된다. 고생물학은 화석 기록과 다양한 지질 시대와의 관계를 기반으로 과거 생물을 연구하는 학문이다.

화석화를 위해서는 유기체의 흔적과 잔해가 빨리 묻혀 풍화와 부패가 일어나지 않아야 한다. 골격 구조나 유기체의 다른 단단한 부분은 화석화된 잔해의 가장 흔한 형태이며, 이전 유기체의 틀, 주형 또는 흔적을 보여주는 흔적 화석도 있다.

동물이 죽으면 유기 물질이 점차 분해되어 뼈가 다공성이 되고, 진흙에 묻히면 광물 염이 뼈에 침투하여 기공을 채우면서 돌처럼 굳어져 화석으로 보존되는데, 이러한 과정을 석화라고 한다. 죽은 동물이 모래로 덮이고 모래가 진흙으로 변하면 광물 침투가 일어나 석화될 수 있다. 석화 외에도 유기체는 얼음, 굳어진 수지 (구과식물), 타르, 또는 혐기성, 산성 이탄에서 잘 보존될 수 있으며, 잎과 발자국과 같은 흔적은 굳어지는 층으로 만들어져 화석화될 수 있다.

8. 1. 화석 기록

화석은 이전에 살았던 생물의 흔적으로, 다양한 지질 시대에 걸쳐 누적되어 형성된 화석들은 생물 진화의 경향을 파악할 수 있는 중요한 증거가 된다.[308]

생물이 죽으면 빠르게 부패하거나 청소 동물에 의해 소비되어 사라지는 경우가 많지만, 일부 유기체는 자연적인 과정에 의해 암석에 묻혀 화석으로 보존되기도 한다. 고생물학은 화석 기록과 다양한 지질 시대와의 관계를 기반으로 과거 생물을 연구하는 학문이다.

화석화를 위해서는 유기체의 흔적과 잔해가 빨리 묻혀 풍화와 부패가 일어나지 않아야 한다. 골격 구조나 유기체의 다른 단단한 부분은 화석화된 잔해의 가장 흔한 형태이며, 이전 유기체의 틀, 주형 또는 흔적을 보여주는 흔적 화석도 존재한다.

동물이 죽으면 유기 물질이 점차 분해되어 뼈가 다공성이 되고, 진흙에 묻히면 광물 염이 뼈에 침투하여 기공을 채우면서 돌처럼 굳어져 화석으로 보존된다. 이러한 과정을 석화라고 한다. 석화 외에도 유기체의 사체는 얼음, 굳어진 수지의 구과식물, 타르, 또는 혐기성, 산성 이탄에서 잘 보존될 수 있다. 잎과 발자국과 같이 굳어지는 층으로 만들어지는 흔적 화석도 있다.

현대 포유류의 조상인 수궁류 중 하나인 ''Cynognathus''의 두개골


화석 기록을 연대순으로 배열하면 특정 생물 집단이 어떻게 진화했는지 알 수 있다. 화석은 주로 퇴적암에서 발견되는데, 퇴적암은 미사 또는 진흙 층이 쌓여 형성되므로, 각 층은 형성된 특정 기간에 전형적인 화석을 포함한다. 가장 낮은 지층에는 가장 오래된 암석과 가장 초기의 화석이, 가장 높은 지층에는 가장 젊은 암석과 더 최근의 화석이 포함되어 있다.

다양한 층서 수준에서 서로 다른 화석의 수와 복잡성을 연구하면, 더 오래된 암석에는 더 적은 종류의 화석이 단순한 구조로, 더 젊은 암석에는 더 다양한 화석이 복잡한 구조로 나타난다는 것을 알 수 있다.[121]

오늘날에는 방사성 붕괴 및 안정적인 화학 원소의 비율을 측정하는 방사성 연대 측정 기술을 통해 화석의 연대를 더욱 정확하게 측정할 수 있다.

화석 기록을 통해 종이 기원하고 멸종된 시기를 파악할 수 있다. 지구의 역사 전체에 걸쳐 지리적 지역과 기후 조건이 다양해짐에 따라, 유기체는 자연 선택 메커니즘을 통해 새로운 환경에 적응한 종들이 살아남았다.

갈라파고스 제도에서 발견되는 13종의 다윈의 핀치새 중 4종은 서로 다른 먹이원에 적응하기 위해 부리 모양을 다양화하는 적응 방산에 의해 진화했다.


해양 섬은 종종 다양한 생태적 지위를 채우는 밀접하게 관련된 종들의 무리에 의해 서식하는데, 이는 한 종이 섬을 식민지화한 다음 이용 가능한 생태적 지위를 채우기 위해 다양화하는 적응 방산으로 설명된다. 하와이의 800종 ''초파리''와 30종의 은검초 동맹이 대표적인 예시이다. 은검초 동맹은 높은 화산 경사면에서 화려하게 꽃을 피우는 은검초부터 다양한 고도와 서식지에서 발견되는 나무, 관목, 덩굴, 매트에 이르기까지 다양하며, 분자 연구에 따르면 북미 서해안의 타위드가 가장 가까운 친척이다.[150] 섬의 거의 모든 종이 교배될 수 있고 잡종은 종종 비옥하며,[60] 서해안의 타위드 종 두 종과 실험적으로 교배되었다.[151] 대륙 섬은 덜 뚜렷한 생물군을 가지지만, 마다가스카르의 여우원숭이와 뉴질랜드의 멸종된 모아와 같은 고유종과 적응 방산도 존재한다.[144][152]

진화에 대한 생화학적 증거의 고전적인 예는 모든 생물체가 가지고 있는 단백질 사이토크롬 c의 변이이다. 서로 다른 유기체의 사이토크롬 c 변이는 아미노산 차이의 수로 측정되며, 이는 염기쌍 치환, 즉 돌연변이의 결과이다. 사이토크롬 c 유전자의 치환된 염기쌍이 성공적으로 전달되는 데 걸리는 추정 시간을 염기쌍 치환 수에 곱하여 두 종이 갈라진 시기를 계산할 수 있다.

사이토크롬 c의 기본 구조는 약 100개의 아미노산 사슬로 구성되며, 많은 상위 유기체는 104개의 아미노산 사슬을 가지고 있다.[31] 닭과 칠면조, 돼지, 소, 양은 동일한 염기 서열 상동성을 가지며, 인간과 침팬지는 동일한 분자를 공유하는 반면, 붉은털 원숭이는 한 아미노산을 제외하고 모두 공유한다.[32] 66번째 아미노산은 전자는 아이소류신이고 후자는 트레오닌이다.[31]

사이토크롬 c 분자의 기능적 중복성이 높다는 점은, 이러한 유사점이 사이토크롬 c의 공통 조상을 시사하며, 염기쌍 치환이 의도적인 설계가 아닌 무작위 돌연변이의 결과임을 나타낸다.[33]

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되어 있지만, 각 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

8. 1. 1. 화석 기록의 범위

DNA 염기서열 비교를 통해 유기체를 염기서열 유사성에 따라 그룹화할 수 있으며, 그 결과로 얻어지는 계통 발생학적 나무는 일반적으로 전통적인 분류학과 일치한다. 염기서열 비교는 다른 증거가 부족한 경우, 계통 발생학적 나무의 오류 가정을 수정할 수 있을 만큼 충분히 강력한 척도로 여겨진다. 예를 들어, 중립적인 인간 DNA 염기서열은 가장 가까운 유전적 친척인 침팬지와 약 1.2% 차이를 보이며(대체 기반), 고릴라와는 1.6%, 개코원숭이와는 6.6%의 차이를 보인다.[10][11] 따라서 유전적 염기서열 증거를 통해 인간과 다른 유인원 사이의 유전적 관련성을 추론하고 정량화할 수 있다.[12][13] 리보솜의 일부를 암호화하는 중요한 유전자, 즉 16S 리보솜 RNA 유전자의 염기서열은 모든 현존하는 생명체 간의 광범위한 계통 발생학적 관계를 찾는 데 사용되었다. 칼 우즈의 분석 결과는 생명체의 초기 진화에서 두 가지 주요 분열을 주장하는 3역 시스템으로 이어졌다. 첫 번째 분열은 현대의 세균으로 이어졌고, 그 다음 분열은 현대의 고세균과 진핵생물로 이어졌다.[14][15]

일부 DNA 염기서열은 매우 다른 유기체에 의해 공유된다. 진화론에 따르면 이러한 DNA 염기서열의 차이는 두 유기체 사이의 해부학적, 생물학적 차이 및 화석 증거에서 볼 수 있듯이, 두 유기체가 진화 과정에서 분리된 이후 경과된 시간과 대략적으로 일치해야 한다. 이러한 변화가 축적되는 속도는 일부 염기서열, 즉 중요한 RNA 또는 단백질을 암호화하는 염기서열의 경우 낮아야 하고, 덜 중요한 RNA 또는 단백질을 암호화하는 다른 염기서열의 경우 높아야 하지만, 모든 특정 염기서열의 경우 변화 속도는 시간이 지남에 따라 대략 일정해야 한다. 이러한 결과는 실험적으로 확인되었다. 두 가지 예는 고도로 보존된 rRNA를 암호화하는 DNA 염기서열과 피브린 형성에 버려지는 아미노산 사슬인 피브리노펩티드를 암호화하는 DNA 염기서열로, 매우 보존되지 않는다.[16]

화석화에 적합한 조건이 상대적으로 드물다는 점을 감안하더라도, 약 25만 종의 화석이 명명되었다.[122] 이는 종에 따라 개별 화석의 수가 크게 다르지만, 수백만 개 이상의 화석이 발견되었다. 예를 들어, 빙하기 말에 로스앤젤레스의 라 브레아 타르 핏에서 300만 개 이상의 화석이 발견되었다.[123] 훨씬 더 많은 화석이 여전히 땅속에 있으며, 높은 화석 밀도를 포함하는 것으로 알려진 다양한 지층에서 발견되어 해당 지층의 총 화석 함량에 대한 추정을 가능하게 한다. 이러한 예는 남아프리카 공화국의 보퍼트 지층(카루 슈퍼그룹의 일부로, 남아프리카 대부분을 덮고 있음)에서 발생하는데, 이곳은 수궁류(파충류-포유류 과도 형태)를 포함한 척추동물 화석이 풍부하게 매장되어 있다.[124] 이 지층에는 8,000억 개의 척추동물 화석이 있는 것으로 추정된다.[125] 고생물학자들은 수많은 과도 형태를 기록했으며 "동물 진화의 주요 전환에 대한 놀랍도록 포괄적인 기록"을 구축했다.[126] 고생물학 문헌을 조사하면 "모든 주요 동물 그룹이 어떻게 관련되어 있는지에 대한 풍부한 증거, 그중 상당수가 훌륭한 과도 화석의 형태로 존재한다"는 것을 알 수 있다.[126]

8. 2. 한계

DNA 염기서열 비교를 통해 유기체를 염기서열 유사성에 따라 그룹화할 수 있으며, 그 결과로 얻어지는 계통 발생학적 나무는 일반적으로 전통적인 분류학과 일치한다. 염기서열 비교는 다른 증거가 부족한 경우, 계통 발생학적 나무의 오류 가정을 수정할 수 있을 만큼 충분히 강력한 척도로 여겨진다. 예를 들어, 인간 DNA 염기서열은 침팬지와 약 1.2%(대체 기반), 고릴라와는 1.6%, 개코원숭이와는 6.6%의 차이를 보인다.[10][11] 따라서 유전적 염기서열 증거를 통해 인간과 다른 유인원 사이의 유전적 관련성을 추론하고 정량화할 수 있다.[12][13]

진화에 대한 생화학적 증거의 고전적인 예는 모든 생물체가 가지고 있는 단백질 사이토크롬 c의 변이이다. 서로 다른 유기체의 사이토크롬 c 변이는 아미노산 차이 수로 측정되며, 각 아미노산 차이는 염기쌍 치환, 즉 돌연변이의 결과이다.

사이토크롬 c 분자는 진화 생물학에 대한 통찰력을 제공하기 위해 광범위하게 연구되었다. 닭과 칠면조는 동일한 염기 서열 상동성(아미노산 대 아미노산)을 가지며, 돼지, 소 및 양도 마찬가지이다. 인간과 침팬지는 동일한 분자를 공유하는 반면, 붉은털 원숭이는 아미노산 중 하나를 제외한 모든 아미노산을 공유한다.[32] 66번째 아미노산은 전자는 아이소류신이고 후자는 트레오닌이다.[31]

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되어 있다. 그러나 각 개별 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다.

생물이 죽으면, 종종 빠르게 부패하거나 청소 동물에 의해 소비되어 그들의 존재에 대한 영구적인 증거를 남기지 않는다. 그러나 때때로 일부 유기체는 보존된다. 과거 지질 시대의 유기체의 잔해 또는 흔적 화석이 자연적인 과정에 의해 암석에 묻힌 것을 화석이라고 한다. 고생물학은 화석 기록과 다양한 지질 시대와의 관계를 기반으로 과거 생물을 연구하는 학문이다.

화석 기록은 과학자들이 유기체의 진화 역사를 추적하는 데 중요한 자료이지만, 이 기록에 내재된 한계로 인해, 관련된 종 집단 사이에는 세밀한 규모의 중간 형태가 존재하지 않는다. 기록에서 이러한 연속적인 화석의 부재는 생물학적 집단의 계보를 추적하는 데 주요한 한계이다. 이전에 지식의 틈새였던 부분에서 중간 형태를 보여주는 전이 화석이 발견되면, 흔히 대중적으로 "잃어버린 고리"라고 불린다.

화석 기록이 불완전한 몇 가지 이유는 다음과 같다.

  • 일반적으로 유기체가 화석화될 확률은 매우 낮다.
  • 일부 종이나 집단은 부드러운 몸체를 가지고 있어 화석화될 가능성이 낮다.
  • 일부 종이나 집단은 화석화에 적합하지 않은 조건에서 살고 (그리고 죽고) 있어 화석화될 가능성이 낮다.
  • 많은 화석이 침식 및 지각 운동으로 파괴되었다.
  • 대부분의 화석은 단편적이다.
  • 일부 진화적 변화는 종의 생태적 범위의 한계 내에서 발생하며, 이러한 개체군은 작을 가능성이 높기 때문에 화석화될 확률이 낮다. (\[\[단속평형]] 참조).
  • 마찬가지로, 환경 조건이 변화하면 종의 개체수가 크게 감소하여 이러한 새로운 조건에 의해 유도된 모든 진화적 변화가 화석화될 가능성이 낮다.
  • 대부분의 화석은 외부 형태에 대한 정보를 전달하지만 유기체가 어떻게 기능했는지에 대해서는 거의 알려주지 않는다.
  • 현재의 생물 다양성을 지침으로 사용하면, 발굴된 화석은 과거에 살았던 많은 수의 유기체 종의 작은 일부만을 나타낸다.

8. 3. 특수 고생물학 예시

DNA 염기서열 비교를 통해 생물들을 염기서열 유사성에 따라 분류할 수 있으며, 그 결과로 나타나는 계통 발생학적 나무는 전통적인 분류학과 일치하는 경우가 많아 분류학적 분류를 보강하거나 수정하는 데 활용된다. 염기서열 비교는 다른 증거가 부족할 때 계통 발생학적 나무의 오류를 수정할 수 있을 만큼 강력한 척도로 간주된다.[10][11] 예를 들어, 인간 DNA 염기서열은 침팬지와 약 1.2%(대체 기반), 고릴라와 1.6%, 개코원숭이와 6.6%의 차이를 보인다.[12][13] 이러한 유전적 증거를 통해 인간과 다른 유인원 간의 유전적 관계를 추론하고 정량화할 수 있다. 16S 리보솜 RNA 유전자는 모든 생명체 간의 광범위한 계통 발생학적 관계를 찾는 데 사용되었으며, 칼 우즈의 분석 결과는 3역 시스템으로 이어졌다.[14][15]

진화론에서는 서로 다른 생물들이 공유하는 DNA 염기서열의 차이가 해부학적, 생물학적 차이 및 화석 증거와 같이 두 생물이 진화 과정에서 분리된 이후 경과된 시간과 대략적으로 일치해야 한다고 예측한다. 이러한 변화의 축적 속도는 중요한 RNA나 단백질을 암호화하는 염기서열의 경우 낮고, 덜 중요한 RNA나 단백질을 암호화하는 염기서열의 경우 높지만, 모든 특정 염기서열의 변화 속도는 시간이 지남에 따라 대략 일정해야 한다. 이러한 결과는 고도로 보존된 rRNA를 암호화하는 DNA 염기서열과 피브리노펩티드를 암호화하는 DNA 염기서열을 통해 실험적으로 확인되었다.[16]

사이토크롬 c는 모든 생물이 가지고 있는 단백질로, 생화학적 증거의 대표적인 예시이다. 서로 다른 생물의 사이토크롬 c 변이는 아미노산 차이의 수로 측정되며, 이는 염기쌍 치환, 즉 돌연변이의 결과이다. 이를 통해 두 종이 분리된 시기를 계산할 수 있다. 예를 들어, 원숭이와 인간의 사이토크롬 c 단백질을 구성하는 아미노산 수가 하나 차이 나고, 사이토크롬 c 유전자의 염기쌍이 돌연변이하는 데 걸리는 평균 시간이 N년이라면, 두 종은 N년 전에 분리되었다고 추론할 수 있다.

사이토크롬 c의 기본 구조는 약 100개의 아미노산 사슬로 구성되며, 많은 상위 유기체는 104개의 아미노산 사슬을 가진다.[31] 닭과 칠면조, 돼지, 소, 양은 동일한 염기 서열 상동성을 가지며, 인간과 침팬지는 동일한 분자를 공유하고, 붉은털 원숭이는 한 아미노산을 제외하고 모두 공유한다.[32] 66번째 아미노산은 인간과 침팬지는 아이소류신, 붉은털 원숭이는 트레오닌이다.[31] 이러한 유사점은 사이토크롬 c 분자의 기능적 중복성이 높다는 점과 함께, 염기쌍 치환이 무작위 돌연변이의 결과임을 나타낸다.[33]

사이토크롬 b는 서열 변이성으로 인해 유기체 간의 계통 발생 관계를 결정하기 위해 미토콘드리아 DNA의 영역으로 사용되며, 과 및 속 내의 관계를 결정하는 데 유용하다. 비교 연구를 통해 새로운 분류 체계가 도출되고, 새로 기술된 종을 속으로 할당하며, 진화적 관계에 대한 이해를 심화하는 데 사용된다.[34]

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃은 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되지만, 각 종마다 크기, 색상, 수, 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

생물이 죽으면 부패하거나 청소 동물에 의해 소비되어 영구적인 증거를 남기지 않는 경우가 많지만, 일부 유기체는 화석로 보존된다. 화석은 과거 지질 시대의 유기체의 잔해 또는 흔적 화석이 자연적인 과정에 의해 암석에 묻힌 것으로, 생명의 진화 역사를 이해하는 데 매우 중요하다. 고생물학은 화석 기록과 지질 시대와의 관계를 기반으로 과거 생물을 연구한다.

화석화가 일어나기 위해서는 유기체의 흔적과 잔해가 빨리 묻혀 풍화와 부패가 일어나지 않아야 한다. 골격 구조나 단단한 부분은 화석화된 잔해의 가장 흔한 형태이며, 이전 유기체의 틀, 주형 또는 흔적을 보여주는 흔적 "화석"도 있다. 동물이 죽으면 유기 물질이 분해되어 뼈가 다공성이 되고, 진흙에 묻히면 광물 염이 뼈에 침투하여 기공을 채우면서 돌로 굳어 화석으로 보존되는 석화가 일어난다. 죽은 동물이 모래로 덮이고 모래가 진흙으로 변하면 광물 침투가 일어나 석화될 수 있다. 석화 외에도 유기체는 얼음, 굳어진 수지 (그림 3a), 타르, 혐기성, 산성 이탄에 보존될 수 있다. 잎과 발자국과 같은 흔적은 굳어지는 층으로 만들어져 화석화될 수 있다.

참고

8. 3. 1. 말의 진화

에오세 초기부터 현재까지 북아메리카의 퇴적층에서 거의 완전한 화석 기록이 발견되었기 때문에, 말은 진화 역사(계통 발생)의 가장 훌륭한 예 중 하나를 제공한다.[309]

이 진화 계열은 약 5400만 년 전에 북아메리카에 살다가 유럽과 아시아로 퍼진 ''히라코테리움''(일반적으로 ''에오히푸스''라고 함)이라는 작은 동물로 시작된다. ''히라코테리움''의 화석 유해는 현대 말과 세 가지 중요한 측면에서 다르다는 것을 보여준다.

  • 크기가 작은 동물(여우 크기)이었다.
  • 가볍게 만들어졌고 달리기에 적응했다.
  • 사지는 짧고 가늘며 발은 길어져서 손가락이 거의 수직을 이루고 앞다리에는 4개의 손가락이, 뒷다리에는 3개의 손가락이 있었다.
  • 앞니는 작았고, 어금니는 둥근 치아 융기로 덮인 낮은 치관을 가지고 있었다.


''히라코테리움''에서 ''에쿠스''(현대 말)까지 말의 발달 과정은 적어도 12개의 속과 수백 종의 종을 포함했을 가능성이 높다. 말의 발달에서 변화하는 환경 조건에 따라 나타나는 주요 경향은 다음과 같이 요약할 수 있다.

말의 진화 과정에서 나타나는 주요 변화
변화내용
크기 증가0.4m에서 1.5m (15인치에서 60인치)로 증가
사지와 발의 길이 연장사지와 발이 길어짐
측면 손가락 감소측면 손가락이 점차 감소
세 번째 손가락의 변화세 번째 손가락의 길이와 두께 증가
앞니 변화앞니 너비 증가
앞어금니 변화앞어금니를 어금니로 대체
치아 길이 변화치아 길이 증가, 어금니의 치관 높이 증가



다양한 지층에서 발견된 화석화된 식물은 ''히라코테리움''이 살았던 습하고 나무가 우거진 땅이 점차 건조해졌다는 것을 보여준다. 생존은 주변 시골을 잘 보기 위해 머리를 높이 드는 것과 포식자로부터 도망치기 위한 빠른 속도에 달려 있었고, 따라서 크기가 증가하고 벌어진 발이 발굽 발로 대체되었다. 더 건조하고 단단한 땅은 원래 벌어진 발이 지지할 필요가 없게 만들었다. 치아의 변화는 식단이 부드러운 초목에서 초식으로 바뀌었다고 가정하여 설명할 수 있다. 각 지질 시대의 주요 속을 선택하여(그림 3e 참조) 조상 형태에서 현대 형태로 말 계통의 느린 변화를 보여준다.[309]

8. 3. 2. 어류에서 양서류로의 전환

진화는 수백만 년에 걸쳐 일어나는 점진적인 변화이다. 따라서 오래전에 처음으로 나타났던 고생물과 현재의 생물 사이에는 중간 단계에 해당하는 고생물들이 존재하게 된다.

2004년 이전, 고생물학자들은 3억 6500만 년보다 오래되지 않은 암석에서 목, 귀, 네 다리를 가진 양서류 화석을 발견했다. 3억 8500만 년보다 오래된 암석에서는 이러한 양서류 특징이 없는 물고기 화석만 발견할 수 있었다. 진화론은 양서류가 물고기에서 진화했기 때문에 3억 6500만 년에서 3억 8500만 년 사이의 암석에서 중간 형태가 발견되어야 한다고 예측했다. 이러한 중간 형태는 3억 8500만 년 전부터 보존된 물고기 같은 특징을 많이 가져야 할 뿐만 아니라 양서류 특징도 많이 가져야 했다. 2004년, 캐나다 북극의 섬으로 이 화석 형태를 찾기 위한 탐험대는 3억 7500만 년 된 암석에서 틱타알릭의 화석을 발견했다.[132] 그러나 몇 년 후, 폴란드의 과학자들은 틱타알릭보다 앞선 사지형류 발자국 화석의 증거를 발견했다.[133]

9. 생물지리학

생물지리학은 다양한 대륙과 섬에서 종의 존재 또는 부재에 관한 정보를 연구하는 학문으로, 공통 조상의 증거를 제공하고 종분화 패턴을 밝히는 데 중요한 역할을 한다.

사이토크롬 c는 모든 생명체가 가지고 있는 단백질로, 이 단백질의 변이를 통해 생물 간의 진화적 관계를 파악할 수 있다. 서로 다른 생물체의 사이토크롬 c 아미노산 차이는 돌연변이의 결과이며, 이를 통해 종이 분화된 시기를 추정할 수 있다.[31] 예를 들어, 인간과 붉은털 원숭이는 사이토크롬 c에서 단 하나의 아미노산만 다르다.[32] 이는 두 종이 비교적 가까운 시기에 공통 조상으로부터 갈라져 나왔음을 의미한다. 닭과 칠면조, 돼지, 소, 양은 동일한 사이토크롬 c 염기 서열을 가지며, 인간과 침팬지는 완전히 동일한 사이토크롬 c 분자를 공유한다.[32] 이러한 유사성은 사이토크롬 c의 기능적 중복성, 즉 아미노산 구성이 약간 달라도 단백질 기능에 큰 영향을 미치지 않는다는 사실과 함께 염기쌍 치환이 무작위적인 돌연변이의 결과임을 보여준다.[33]

사이토크롬 b는 미토콘드리아 DNA의 영역으로, 유기체 간의 계통 발생 관계를 결정하는 데 사용된다. 사이토크롬 b를 포함한 비교 연구는 새로운 분류 체계를 도출하고, 진화적 관계에 대한 이해를 심화하는 데 기여했다.[34]

동물이나 식물 집단의 해부학적 비교 연구를 통해 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되지만, 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다.[41]

9. 1. 대륙 분포

생물지리학적 데이터는 공통 조상의 증거를 제공하며, 종분화 패턴을 밝히는 데 도움을 준다. 모든 유기체는 환경에 적응하며, 특정 지역의 환경이 한 종을 지원할 수 있다면, 유사한 환경을 가진 다른 지역에서도 같은 종이 발견될 것이라고 예상할 수 있다. 그러나 실제로는 그렇지 않다. 식물 및 동물 종은 전 세계에 불연속적으로 분포한다.

오스트레일리아는 남아메리카와 아프리카의 상당 부분과 같은 위도를 차지하지만, 큰 차이점을 보인다. 캥거루, 반디쿠트, 주머니고양이와 같은 유대류는 호주의 토착 포유류 종의 약 절반을 차지한다.[135] 반대로, 유대류는 오늘날 아프리카에서는 완전히 사라졌고, 남아메리카에서는 주머니쥐, 땃쥐주머니쥐, 몽키토 델 몬테 등이 서식하며 작은 부분을 차지한다. 원시적인 난생 포유류(단공류)인 바늘두더지와 오리너구리는 태즈메이니아, 뉴기니, 캥거루 섬 등에서 발견되지만, 세계의 나머지 지역에서는 발견되지 않는다.[136] 호주에는 다른 대륙에서 흔히 볼 수 있는 많은 태반 포유류 그룹이 없지만, 토착 박쥐와 쥐를 가지고 있다. 토끼와 여우와 같은 다른 많은 태반류는 인간에 의해 도입되었다.

곰은 아프리카, 호주, 남극 대륙을 제외한 모든 대륙에 서식하며, 북극곰은 북극권과 인접한 육지에만 서식한다.[137] 펭귄은 남극 주변에서만 발견된다.[138] 해우과의 매너티는 서아프리카, 남아메리카 북부, 서인도 해역에, 듀공은 오세아니아 해역과 인도양을 둘러싼 해안에 서식한다. 스텔라 바다소는 베링해에 서식했으나 지금은 멸종되었다.[138]

대륙 이동 과정을 통해 과거에는 서로 인접해 있었지만 현재는 매우 먼 지리적 위치에 있는 지역에서 동일한 종류의 화석이 발견된다. 예를 들어, 고대 양서류, 절지동물, 고사리의 동일한 유형의 화석은 남아메리카, 아프리카, 인도, 호주 및 남극 대륙에서 발견되며, 이는 이 지역들이 고생대에 곤드와나라는 단일 육괴로 통합되었을 때로 거슬러 올라갈 수 있다.[139]

9. 1. 1. 섬에서 발견되는 종의 유형

도서 생물지리학에서 얻은 증거는 진화 생물학의 발달에 중요하고 역사적인 역할을 해왔다. 생물지리학의 목적상, 섬은 그레이트브리튼, 일본과 같이 한때 대륙의 일부였던 대륙섬과 하와이 제도, 갈라파고스 제도, 세인트헬레나와 같이 바다에서 형성되었으며 어떤 대륙의 일부도 된 적이 없는 해양섬, 두 가지 종류로 나뉜다.[144] 해양섬은 대륙이나 대륙섬에서 발견되는 생물군과는 다른 불균형적인 방식으로 고유 식물과 동물의 분포를 보인다. 해양섬에는 토착 육상 포유류(때로는 박쥐와 물개는 있다), 양서류, 담수어가 없다. 어떤 경우에는 육상 파충류(예: 갈라파고스 제도의 이구아나와 거대 거북)가 있지만, 종종(예: 하와이) 그렇지 않다. 이러한 현상은 인간에 의해 이러한 섬에 쥐, 염소, 돼지, 고양이, 생쥐, 사탕수수 두꺼비와 같은 종이 도입되었을 때, 이들이 번성하는 것과는 대조적이다. 찰스 다윈을 시작으로 많은 과학자들이 실험을 수행하고 관찰을 통해 이러한 섬에서 발견되거나 발견되지 않는 동식물의 종류가, 이러한 섬들이 우연히 도달할 수 있었던 동식물에 의해 식민지화되었다는 이론과 일치한다는 것을 보여주었다.[144]

해양 섬은 종종 다양한 생태적 지위를 채우는 밀접하게 관련된 종들의 무리에 의해 서식하며, 이는 종종 대륙에서 매우 다른 종들에 의해 채워지는 지위이다. 이러한 무리는 갈라파고스핀치, 하와이꿀빨새, 후안페르난데스 제도의 국화과 구성원, 그리고 세인트헬레나 섬의 나무바구미와 같이 한 종이 섬(또는 섬 그룹)을 식민지화한 다음 이용 가능한 생태적 지위를 채우기 위해 다양화함으로써 가장 잘 설명되기 때문에 적응 방산이라고 불린다. 그러한 방산은 놀라울 수 있다. 전 세계 총량의 거의 절반에 해당하는 800종의 초파리과 ''초파리''가 하와이 섬에 고유하다. 하와이의 또 다른 예는 30종의 종이 있는 은검초 동맹이다. 구성원은 높은 화산 경사면에서 화려하게 꽃을 피우는 은검초부터 산 정상에서 해수면에 이르기까지 다양한 고도에서 발생하며 사막에서 열대 우림에 이르기까지 하와이 서식지에서 발견되는 나무, 관목, 덩굴 및 매트에 이르기까지 다양하다. 분자 연구에 따르면 하와이 밖에서 가장 가까운 친척은 북미 서해안에서 발견되는 타위드이다. 이 타위드는 이주하는 새에 의한 분포를 용이하게 하는 끈적한 씨앗을 가지고 있다.[150] 또한, 섬의 거의 모든 종이 교배될 수 있으며 잡종은 종종 비옥하며,[60] 서해안의 타위드 종 두 종과 실험적으로 교배되었다.[151] 대륙 섬은 덜 뚜렷한 생물군을 가지고 있지만, 어떤 대륙과도 오랫동안 분리된 섬은 또한 마다가스카르의 75종의 여우원숭이와 뉴질랜드의 멸종된 11종의 모아와 같은 고유종과 적응 방산을 가지고 있다.[144][152]

9. 1. 2. 고유종

원격 섬에서 발견되는 많은 종들은 특정 섬이나 섬 무리에 고유종이며, 이는 지구상 다른 곳에서는 발견되지 않는다는 것을 의미한다. 섬 고유종의 예로는 뉴질랜드의 많은 날지 못하는 새, 마다가스카르의 여우원숭이, 코모도섬의 코모도왕도마뱀[140], 소코트라의 용혈수,[141] 뉴질랜드의 투아타라[142][143] 등이 있다. 그러나 이러한 고유종 중 다수는 다른 인근 섬이나 대륙에서 발견되는 종과 관련이 있으며, 갈라파고스 제도에서 발견되는 동물과 남아메리카에서 발견되는 동물의 관계는 잘 알려진 예이다.[144] 대양 섬에서 발견되는 식물과 동물의 유형, 대양 섬에서 발견되는 많은 수의 고유종, 그리고 이러한 종과 가장 가까운 대륙에 서식하는 종과의 관계는 섬이 인근 대륙에서 온 종에 의해 식민지화되어 현재 그곳에서 발견되는 고유종으로 진화했다는 사실로 가장 쉽게 설명된다.[144]

다른 유형의 고유종은 엄밀한 의미에서 섬을 포함할 필요는 없다. 섬은 고립된 호수나 외딴 고립 지역을 의미할 수 있다. 이러한 예로는 에티오피아의 고원, 바이칼 호, 남아프리카 공화국의 핀보스, 뉴칼레도니아의 숲 등이 있다. 고립된 지역에 서식하는 고유 생물의 예로는 뉴칼레도니아의 카구,[145] 필리핀의 루손 열대 소나무 숲의 구름쥐[146][147], 바하칼리포르니아 반도의 부줌 나무 (''Fouquieria columnaris''),[148] 그리고 바이칼 물범 등이 있다.[149]

9. 1. 3. 적응 방산



해양 섬은 종종 다양한 생태적 지위를 채우는 밀접하게 관련된 종들의 무리에 의해 서식하며, 이는 종종 대륙에서 매우 다른 종들에 의해 채워지는 지위이다. 이러한 무리는 갈라파고스핀치, 하와이꿀빨새, 후안페르난데스 제도의 국화과 구성원, 그리고 세인트헬레나 섬의 나무바구미와 같이 한 종이 섬(또는 섬 그룹)을 식민지화한 다음 이용 가능한 생태적 지위를 채우기 위해 다양화함으로써 가장 잘 설명되기 때문에 적응 방산이라고 불린다.[144]

그러한 방산은 놀라울 수 있는데, 전 세계 총량의 거의 절반에 해당하는 800종의 초파리과 ''초파리''가 하와이 섬에 고유하다.[150] 하와이의 또 다른 예는 30종의 종이 있는 은검초 동맹이다. 구성원은 높은 화산 경사면에서 화려하게 꽃을 피우는 은검초부터 산 정상에서 해수면에 이르기까지 다양한 고도에서 발생하며 사막에서 열대 우림에 이르기까지 하와이 서식지에서 발견되는 나무, 관목, 덩굴 및 매트에 이르기까지 다양하다. 분자 연구에 따르면 하와이 밖에서 가장 가까운 친척은 북미 서해안에서 발견되는 타위드이다. 이 타위드는 이주하는 새에 의한 분포를 용이하게 하는 끈적한 씨앗을 가지고 있다.[150] 또한, 섬의 거의 모든 종이 교배될 수 있으며 잡종은 종종 비옥하며,[60] 서해안의 타위드 종 두 종과 실험적으로 교배되었다.[151]

대륙 섬은 덜 뚜렷한 생물군을 가지고 있지만, 어떤 대륙과도 오랫동안 분리된 섬은 또한 마다가스카르의 75종의 여우원숭이와 뉴질랜드의 멸종된 11종의 모아와 같은 고유종과 적응 방산을 가지고 있다.[144][152]

9. 2. 환형종

환형종에서 유전자 흐름은 인접한 개체군 사이에서 발생하지만 "고리"의 끝 부분에서는 개체군 간에 교배가 불가능하다.


환형종은 연결된 일련의 개체군으로, 각 개체군은 이웃과 교배할 수 있지만, "끝" 개체군 최소 두 개는 너무 멀리 떨어져 있어 교배할 수 없다. 그러나 모든 개체군 사이에서 유전자 흐름이 가능하다.[153] 환형종은 종분화를 나타내며 진화의 증거로 인용되어 왔다. 이들은 개체군이 유전적으로 분기될 때 시간이 지남에 따라 발생하는 현상을 보여주는데, 특히 살아있는 개체군에서 장기간 멸종된 조상 개체군과 살아있는 개체군 사이에서 일반적으로 일어나는 현상을 나타내기 때문이다. 이 중간 개체군은 멸종되었다. 리처드 도킨스는 환형종은 "공간적 차원에서 시간적 차원에서 항상 발생해야 하는 무언가를 보여주는 것일 뿐"이라고 말한다.[154]

9. 3. 특수 생물지리학 예시

사이토크롬 c는 모든 생명체가 가지고 있는 단백질로, 이 단백질의 변이를 통해 생물 간의 진화적 관계를 파악할 수 있다. 서로 다른 생물체의 사이토크롬 c의 아미노산 차이는 돌연변이의 결과이며, 이를 통해 종이 분화된 시기를 추정할 수 있다.[31] 예를 들어, 인간과 붉은털 원숭이는 사이토크롬 c에서 단 하나의 아미노산만 다르다.[32] 이는 두 종이 비교적 가까운 시기에 공통 조상으로부터 갈라져 나왔음을 의미한다.

닭과 칠면조, 돼지, 소, 양은 동일한 사이토크롬 c 염기 서열을 가지며, 인간과 침팬지는 완전히 동일한 사이토크롬 c 분자를 공유한다.[32] 사이토크롬 c 분자는 진화 생물학 연구에 널리 사용되는데, 이러한 유사성은 사이토크롬 c의 기능적 중복성, 즉 아미노산 구성이 약간 달라도 단백질 기능에 큰 영향을 미치지 않는다는 사실과 함께 염기쌍 치환이 무작위적인 돌연변이의 결과임을 보여준다.[33]

사이토크롬 b는 미토콘드리아 DNA의 영역으로, 유기체 간의 계통 발생 관계를 결정하는 데 사용된다. 사이토크롬 b를 포함한 비교 연구는 새로운 분류 체계를 도출하고, 진화적 관계에 대한 이해를 심화하는 데 기여했다.[34]

동물이나 식물 집단의 해부학적 비교 연구를 통해 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되지만, 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다.[41]

생물지리학적 데이터, 즉 다양한 대륙과 섬에서 종의 존재 또는 부재에 관한 정보는 공통 조상의 증거를 제공하고 종분화 패턴을 밝히는 데 도움이 된다.

9. 3. 1. 글로소프테리스의 분포

''글로소프테리스''(Glossopteris)는 페름기에 멸종된 씨앗 고사리 식물 종이다. 대륙 이동은 이 나무의 현재 생물지리학적 분포를 설명해 준다. ''글로소프테리스'' 화석은 남아메리카 남동부, 아프리카 남동부, 마다가스카르 전체, 인도 북부, 호주 전체, 뉴질랜드 전체, 그리고 남극 대륙의 남쪽과 북쪽 가장자리에 흩어져 있는 페름기 지층에서 발견된다. 페름기 동안 이 대륙들은 곤드와나 대륙으로 연결되어 있었는데, 이는 자기 줄무늬, 다른 화석 분포, 그리고 페름기 동안 남극의 온대 기후에서 멀어지는 빙하 긁힘과 일치한다.[155][156][157]

9. 3. 2. 후기류 분포

오스트레일리아는 남아메리카 및 아프리카의 상당 부분과 같은 위도를 차지하고 있어, 더욱 큰 차이점을 발견할 수 있다. 캥거루, 반디쿠트, 주머니고양이와 같은 유대류는 호주의 토착 포유류 종의 약 절반을 차지한다.[135] 반대로, 유대류는 오늘날 아프리카에서는 완전히 사라졌고, 주머니쥐, 땃쥐주머니쥐, 몽키토 델 몬테가 서식하는 남아메리카의 포유류 동물군에서는 작은 부분을 차지한다. 원시적인 난생 포유류(단공류)의 유일한 살아있는 대표자는 바늘두더지와 오리너구리이다. 짧은 부리 바늘두더지 (''Tachyglossus aculeatus'')와 그 아종은 호주, 태즈메이니아, 뉴기니, 캥거루 섬에 서식하는 반면, 긴 부리 바늘두더지 (''Zaglossus bruijni'')는 뉴기니에만 서식한다. 오리너구리는 호주 동부의 물에서 서식하며, 태즈메이니아, 킹 섬, 캥거루 섬에 도입되었다. 이 단공류는 세계의 나머지 지역에서는 완전히 발견되지 않는다.[136] 반면에 호주에는 다른 대륙에서 흔히 볼 수 있는 많은 태반 포유류 그룹([식육목], 우제목, 땃쥐, 다람쥐, 토끼류)이 없지만, 토착 박쥐와 쥐를 가지고 있다. 토끼와 여우와 같은 다른 많은 태반류는 인간에 의해 그곳에 도입되었다.

후기류 (주머니고양이와 그들의 멸종된 초기 조상을 포함하는 분류군)의 역사는 진화 이론과 대륙 이동을 결합하여 화석 층서 및 분포에 대한 예측을 하는 방법에 대한 한 가지 사례를 제공한다. 가장 오래된 후기류 화석은 현재의 중국에서 발견된다.[158] 후기류는 서쪽으로 현대 북아메리카(아직 유라시아에 연결되어 있음)로 퍼져 나갔고, 그 후 약 6500만 년 전까지 북아메리카와 연결되어 있던 남아메리카로 이동했다. 주머니고양이는 호주가 분리된 직후인 약 5000만 년 전에 남극 대륙을 통해 호주에 도달했는데, 이는 단일 종의 분산 사건을 시사한다.[159] 진화 이론은 호주 주머니고양이가 아메리카에서 발견된 더 오래된 종에서 유래되었다고 시사한다. 지질학적 증거에 따르면 3천만 년에서 4천만 년 전 사이에 남아메리카와 호주는 여전히 곤드와나라는 남반구 초대륙의 일부였으며, 현재 남극 대륙의 일부인 육지로 연결되어 있었다. 따라서 과학자들은 이러한 모델들을 결합하여 주머니고양이가 4천만 년에서 3천만 년 전에 현재의 남아메리카에서 남극 대륙을 거쳐 현재의 호주로 이동했을 것이라고 예측할 수 있었다. 멸종된 과 Polydolopidae의 첫 번째 주머니고양이 화석은 1982년 남극 반도의 세이모어 섬에서 발견되었다.[160] 이후 Didelphimorphia (주머니쥐)와 Microbiotheria[161] 목에 속하는 종뿐만 아니라 굽이 있는 동물과 수수께끼의 멸종된 목인 Gondwanatheria의 일원인, 아마도 ''Sudamerica ameghinoi''를 포함한 추가 화석이 발견되었다.[162][163][164]

9. 3. 3. 낙타의 이동, 격리 및 분포



낙타과의 조상은 북아메리카 서부에서 화석으로 발견되며, 이들은 아시아와 아프리카로 이주한 낙타와 남아메리카로 이주한 라마로 분화되었다.[315] 낙타의 역사는 화석 증거를 통해 이주와 진화를 재구성하는 방법을 보여준다. 화석 기록에 따르면 낙타과의 진화는 북아메리카에서 시작되었다. 600만 년 전, 이들은 베링 해협을 건너 아시아와 아프리카로, 350만 년 전에는 파나마 지협을 통해 남아메리카로 이주했다. 고립된 후, 이들은 각자 진화하여 아시아와 아프리카에서는 쌍봉낙타와 단봉낙타를, 남아메리카에서는 라마와 그 친척들을 낳았다. 낙타과는 마지막 빙하기 말에 북아메리카에서 멸종되었다.[165]

10. 선택으로부터의 증거

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되어 있지만, 각 개별 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

과학자들은 자연 선택이 작용하는 수많은 사건들을 관찰하고 기록해왔다. 가장 잘 알려진 예로는 의학 분야에서의 항생제 내성과 진화의 발생을 기록하는 실험실 연구가 있다. 자연 선택은 장기간의 발생과 선택 압력이 오늘날 발견되는 지구상의 생물 다양성을 이끌 수 있다는 점에서 공통 조상과 같다. 기록되었든 기록되지 않았든 모든 적응 변화는 자연 선택 (및 몇 가지 다른 부차적인 과정)에 의해 발생한다. "...자연 선택은 종 분화의 어디에나 존재하는 부분..."[166]이며 종 분화의 주요 동인임이 잘 확립되어 있다.[167]

10. 1. 인위 선택 및 실험적 진화

인위 선택은 비교적 가까운 공통 조상을 공유하는 생물체들 사이에서 나타날 수 있는 다양성을 보여준다. 인위 선택에서는 특정 형질을 가진 개체들을 선택적으로 교배시켜 다음 세대에 그 형질이 더 강화되도록 한다. 이러한 인위 선택은 유전학이 밝혀지기 훨씬 이전부터 성공적으로 이루어졌다. 인위 선택의 예로는 개 품종 개량, 유전자 변형 식품, 꽃 품종 개량, 야생 양배추 재배 등이 있다.[168]

'''그림 5a:''' 치와와 잡종과 그레이트 데인은 개 품종 간의 크기 범위를 보여준다.


실험적 진화는 통제된 실험을 통해 진화 가설과 이론을 검증하는 방법이다. 1880년 경, 윌리엄 댈린저는 미생물을 열에 노출시켜 적응 변화를 유도하는 실험을 진행했다. 이 실험은 약 7년간 진행되었으며, 발표된 결과는 큰 주목을 받았지만, 장치 고장으로 인해 실험은 재개되지 않았다.[169]

리처드 렌스키의 ''대장균''을 이용한 다세대 실험은 실험적 진화의 대표적인 예시이다. 렌스키는 수만 세대 후 일부 ''대장균'' 균주가 시트르산을 대사하는 복잡한 능력을 진화시켰음을 관찰했다.[170][171] 진화 생물학자 제리 코인은 이를 창조론에 대한 반박으로 언급하며, "복잡한 특성이 일련의 우연한 사건 조합을 통해 진화할 수 있다는 것을 보여준다"고 말했다.[170] 대사 변화 외에도, 서로 다른 박테리아 개체군은 세포 크기와 적합성(조상과의 경쟁에서 측정)에서 차이를 보였다.[172]

'''그림 5b''': 엔들러의 트리니다드 구피 (''Poecilia reticulata'')


생물학자 존 엔들러는 트리니다드에서 구피(''Poecilia reticulata'') 개체군에 작용하는 선택을 연구했다. 엔들러는 프린스턴 대학교 실험실에 자연 서식지와 유사한 10개의 연못을 만들고, 각 연못에 자연 연못과 같은 자갈을 넣었다. 트리니다드 연못에서 구피를 무작위로 채집하여 유전적으로 다양한 개체군을 만들고, 각 물고기의 특징(반점 길이, 높이, 면적, 상대적 길이, 상대적 높이, 총 면적, 표준 신체 길이)을 측정했다. 실험을 위해 4개의 연못에는 ''Crenicichla alta''(''P. reticulata''의 주요 포식자)를, 4개의 연못에는 ''Rivulus hartii''(비포식 어류)를 넣고, 나머지 2개는 구피만 남겨두었다. 10세대 후, 각 연못의 구피 개체군을 비교한 결과, 포식자가 있는 연못의 구피는 칙칙한 색으로, 대조군과 비포식자 연못의 구피는 화려한 색으로 진화했다. 포식 압력은 배경 자갈에서 눈에 띄지 않는 방향으로 선택을 유도했다.[184]

엔들러는 트리니다드에서 포식자가 있는 연못의 구피를 포식자가 없는 상류 연못으로 옮기는 현장 실험을 추가로 수행했다. 15세대 후, 이주된 구피는 화려한 패턴으로 진화했다. 두 실험 모두 유사한 선택 압력(포식자의 선택, 성 선택)으로 인해 수렴 진화를 보였다.[184]

데이비드 레즈닉은 엔들러가 구피를 옮긴 지 11년 후 현장 개체군을 조사했다. 그 결과 개체군은 밝은 색, 늦은 성숙, 큰 크기, 작은 출산 크기, 큰 새끼 등 여러 방식으로 진화했다.[185] 트리니다드 강에서 ''P. reticulata''와 포식자에 대한 추가 연구는 포식에 의한 다양한 선택 방식이 구피의 색, 크기, 행동뿐 아니라 생애사와 생애사 패턴을 변화시켰음을 보여주었다.[186]

10. 2. 무척추동물

무척추동물과 관련하여, 과학자들은 자연 선택이 작용하는 여러 사례들을 기록해 왔다. 그 예시 중 일부는 다음과 같다.

  • 납 내성에 대한 물벼룩(Daphnia)의 진화: 과거 심각했던 납 오염에 노출된 물벼룩은 높은 납 농도를 견딜 수 있었지만, 현대의 물벼룩은 그렇지 못하다.
  • 얼룩나방의 표현형 변화: 산업 혁명으로 인한 영국의 오염은 얼룩나방의 색깔을 밝은 색에서 어두운 색으로 변화시켰다.[174][175]

10. 2. 1. 납 내성 물벼룩

20세기 Daphnia영어 종과 납 오염에 대한 연구는 납 오염 증가가 납 내성에 대한 강력한 선택으로 이어질 것이라고 예측했다. 연구자들은 수십 년 전, 호수가 납으로 심하게 오염되었던 시대의 Daphnia영어 알을 부화시키는 "부활 생태학"을 활용할 수 있었다. 연구에서 부화한 새끼들은 현재의 Daphnia영어와 비교되었으며, "광범위한 역사적 환경 스트레스 요인에 직면했을 때 과거와 현대 표현형 간의 극적인 적합성 차이"를 보여주었다. 본질적으로, 현대의 Daphnia영어는 높은 수준의 납에 저항하거나 내성을 갖지 못했다(이는 21세기 호수에서 납 오염이 크게 감소했기 때문이다). 그러나 과거에 부화한 새끼들은 높은 납 오염을 견딜 수 있었다. 저자들은 "부활 생태학 기술을 사용하여 수십 년에 걸쳐 명확한 표현형 변화를 보여줄 수 있었다..."라고 결론 내렸다.[173]

10. 2. 2. 얼룩나방

산업 혁명으로 인한 영국의 오염은 얼룩나방의 표현형을 밝은 색에서 어두운 색으로 변화시켰다.[174][175]

10. 3. 미생물

과학자들은 자연 선택이 작용하는 수많은 사례들을 관찰하고 기록해왔다. 의학 분야에서의 항생제 내성과 진화의 발생을 기록하는 실험실 연구가 그 예시이다. 자연 선택은 장기간의 발생과 선택 압력이 오늘날 지구상 생물 다양성을 이끌 수 있다는 점에서 공통 조상과 같다. 기록되었든 기록되지 않았든 모든 적응 변화는 자연 선택 (및 몇 가지 다른 부차적인 과정)에 의해 발생한다. "...자연 선택은 종 분화의 어디에나 존재하는 부분..."[166]이며 종 분화의 주요 동인임이 잘 확립되어 있다.[167]

인위 선택은 비교적 최근의 공통 조상을 공유하는 유기체들 사이에서 존재할 수 있는 다양성을 보여준다. 인위 선택에서는 한 종을 각 세대마다 선택적으로 번식시켜, 원하는 특성을 나타내는 유기체만 번식하도록 한다. 이러한 특성은 연속적인 세대에서 점점 더 잘 발달하게 된다. 인위 선택은 과학이 유전적 기반을 발견하기 훨씬 전에 성공적으로 이루어졌다. 인위 선택의 예로는 개 품종 개량, 유전자 변형 식품, 꽃 품종 개량, 그리고 야생 양배추와 같은 식품의 재배 등이 있다.[168]

실험적 진화는 진화에 대한 가설과 이론을 검증하기 위해 통제된 실험을 사용한다. 초기 예로, 윌리엄 댈린저는 1880년 직전에 미생물을 열에 노출시켜 적응 변화를 강요하는 실험을 진행했다. 그의 실험은 약 7년 동안 진행되었고, 발표된 결과는 찬사를 받았지만, 장치가 고장난 후 그는 실험을 재개하지 않았다.[169]

리처드 렌스키의 ''대장균''을 이용한 다세대 실험은 실험적 진화의 대규모 예시이다. 렌스키는 수만 세대 후에 일부 ''대장균'' 균주가 시트르산을 대사하는 복잡한 능력을 진화시켰음을 관찰했다.[170][171] 진화 생물학자 제리 코인은 창조론에 대한 비판으로 "이러한 복잡한 특성이 일련의 우연한 사건의 조합을 통해 진화할 수 있다는 것을 보여준다. 그것이 바로 창조론자들이 일어날 수 없다고 말하는 것이다."라고 언급했다.[170] 대사 변화 외에도, 서로 다른 박테리아 개체군은 형태(세포의 전체 크기)와 적합성(조상과의 경쟁에서 측정됨) 모두에서 분화된 것으로 밝혀졌다.[172]

10. 3. 1. 항균 내성

항생제 내성은 세균의 발달과 확산으로 나타나는 종의 진화 과정에 대한 증거이다. 반코마이신 내성 ''황색포도상구균''의 출현과 그것이 병원 환자에게 가하는 위험은 자연 선택을 통한 진화의 직접적인 결과이다. 설폰아미드 계열의 합성 항생제에 내성을 가진 ''시겔라'' 균주의 증가는 진화 과정으로서 새로운 정보의 생성을 보여준다.[176] 마찬가지로, 다양한 형태의 ''학질모기''에서 DDT 내성의 출현과 호주에서 번식하는 토끼 개체군에서 점액종증 내성의 출현은 세대 교체가 빠르게 일어나는 종에서 진화적 선택 압력 상황에서의 진화 존재에 대한 증거이다.

모든 종류의 미생물은 내성을 발달시킨다. 여기에는 곰팡이(항진균제 내성), 바이러스(항바이러스제 내성), 원생동물(항원충제 내성), 그리고 세균(항생제 내성)이 포함된다. 이는 모든 생명이 보편적인 유전 암호를 나타내고 따라서 다양한 메커니즘을 통해 진화 과정의 영향을 받는다는 점을 고려할 때 예상되는 현상이다.

10. 3. 2. 나일론 분해 박테리아

나일론 분해 박테리아는 인간이 초래한 환경에 적응하는 또 다른 예시이다. 이는 나일론 6 제조의 특정 부산물을 소화할 수 있는 ''플라보박테리움'' 균주이다.[177][178][179][180] 과학계에서는 나일로네이즈를 합성하는 능력은 돌연변이를 가진 박테리아의 생존력을 향상시켰기 때문에 살아남은 단일 단계 돌연변이로 발생했을 가능성이 높다고 보고있다. 이는 돌연변이와 자연 선택을 통한 진화의 좋은 예로, 인간의 나일론 생산이 시작되기 전에는 발생할 수 없었던 현상이며, 실제로 관찰되었다.[177][178][179][180]

10. 4. 식물과 균류

다양한 대륙과 섬에서의 종의 존재 또는 부재에 관한 데이터(생물지리학)는 공통 조상의 증거를 제공하고 종분화 패턴을 밝히는 데 도움이 될 수 있다. 모든 유기체는 정도의 차이는 있지만 환경에 적응한다. 만약 서식지 내의 무생물적 및 생물적 요인이 특정 종을 한 지리적 지역에서 지원할 수 있다면, 같은 종이 아프리카와 남아메리카와 같이 유사한 지리적 지역의 유사한 서식지에서 발견될 것이라고 추정할 수 있다. 그러나 그렇지 않다. 식물 및 동물 종은 전 세계에 불연속적으로 분포한다.

10. 4. 1. 원숭이꽃 방사

원숭이꽃의 두 아종인 ''M. aurantiacus puniceus''(붉은 꽃)와 ''M. aurantiacus australis''(노란 꽃)는 벌새와 박각시나방의 선호도로 인해 격리되어 있다. ''M. aurantiacus'' 아종은 대부분 노란색을 띠지만, ''M. aurantiacus'' ssp. ''puniceus''와 ''M. aurantiacus'' ssp. ''flemingii''는 모두 붉은색이다. 계통 분석에 따르면 모든 ''M. aurantiacus'' 아종에 존재하는 ''MaMyb2'' 유전자의 ''시스(cis)'' 조절 돌연변이로 인해 붉은색 꽃이 두 번 독립적으로 발생했다. 추가 연구에서는 두 번의 독립적인 돌연변이가 발생한 것이 아니라, 하나의 ''MaMyb2'' 대립 유전자가 침투성 잡종화를 통해 전달되었다는 것을 시사했다.[181]

10. 4. 2. 방사선 영양 균류

방사선 영양 곰팡이는 멜라닌 색소를 사용하여 감마선을 성장하기 위한 화학 에너지로 변환하는 곰팡이로, 체르노빌 원자력 발전소 내부와 주변에서 자라는 검은 곰팡이로 처음 발견되었다. 이는 화학적 사고 이후 자연 선택이 일어나는 완벽한 예시이다.[182] 알버트 아인슈타인 의과대학의 연구에 따르면 멜라닌을 함유한 세 종류의 곰팡이, 즉 ''클라도스포리움 스파에로스페르뭄'', ''왕기엘라 더마티티디스'', ''크립토코쿠스 네오포르만스''는 정상 환경보다 방사선 수치가 500배 높은 환경에서 생체량이 증가하고 아세테이트를 더 빠르게 축적했다.[183]

10. 5. 척추동물

사이토크롬 c는 모든 생물체가 가지고 있는 단백질로, 생화학적 진화 증거의 대표적인 예시이다. 생물 종에 따라 사이토크롬 c의 아미노산 서열이 조금씩 다르며, 이러한 차이는 염기쌍 치환, 즉 돌연변이의 결과이다. 사이토크롬 c 유전자의 염기쌍 치환 수와 치환에 걸리는 시간을 곱하면 두 종이 갈라진 시기를 추정할 수 있다.

닭과 칠면조, 돼지, 소, 양은 각각 동일한 사이토크롬 c 염기 서열을 갖는다. 인간과 침팬지는 동일한 사이토크롬 c 분자를 공유하며, 붉은털 원숭이는 한 개의 아미노산만 다르다.[32] 이는 이들 종이 공통 조상으로부터 진화했음을 보여준다. 사이토크롬 c 분자의 기능적 중복성은 염기쌍 치환이 무작위 돌연변이의 결과임을 시사한다.[33]

사이토크롬 b는 미토콘드리아 DNA의 영역으로, 유기체 간의 계통 발생 관계를 결정하는 데 사용된다. 과 및 속 수준에서 유용하며, 비교 연구를 통해 새로운 분류 체계를 도출하고 진화적 관계를 이해하는 데 기여한다.[34]

10. 5. 1. 구피

트리니다드에서 구피( ''Poecilia reticulata'')를 연구하던 생물학자 존 엔들러는 물고기 개체군에 작용하는 선택을 감지했다. 엔들러는 실험을 위해 프린스턴 대학교 실험실 온실에 자연 서식지를 모방한 10개의 연못을 만들었다. 각 연못에는 자연 연못과 일치하는 자갈을 넣고, 트리니다드 연못에서 무작위로 구피 표본을 채집하여 유전적으로 다양한 개체군을 만들었다. 그는 네 개의 연못에 ''Crenicichla alta''(''P. reticulata''의 주요 포식자)를, 네 개의 연못에 ''Rivulus hartii''(비포식 어류)를 넣고, 나머지 두 연못은 구피만 있도록 했다. 10세대 후, 각 연못의 구피 개체군을 비교한 결과, 포식자가 있는 연못에서는 칙칙한 색, 대조군과 비포식자 연못에서는 화려한 색으로 진화했다. 포식 압력은 배경 자갈에서 눈에 띄는 것을 막도록 유도했다.[184]

엔들러는 트리니다드에서 포식자가 있는 연못의 구피를 포식자가 없는 상류 연못으로 옮기는 현장 실험도 진행했다. 15세대 후, 이주된 구피는 화려한 패턴으로 진화했다. 두 실험 모두 유사한 선택 압력(포식자의 선택과 성 선택)으로 인해 수렴을 보였다.[184]

데이비드 레즈닉의 후속 연구에서 엔들러가 구피를 옮긴 지 11년 후 현장 개체군을 조사했다. 그 결과 개체군은 밝은 색, 늦은 성숙, 큰 크기, 작은 출산 크기, 큰 새끼 등 여러 방식으로 진화했다.[185] 트리니다드 강에서 ''P. reticulata''와 포식자에 대한 추가 연구는 포식에 의한 다양한 선택 방식이 구피의 색, 크기, 행동, 생애사와 패턴을 변화시켰음을 보여주었다.[186]

10. 5. 2. 인간

인간은 다른 생물들과 마찬가지로 공통 조상으로부터 진화했다는 증거가 많이 존재한다. 비교 해부학 연구에 따르면, 동물이나 식물은 특정 구조적 특징에서 기본적으로 유사하다. 예를 들어, 모든 꽃은 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대, 씨방으로 구성되지만, 각 종마다 크기, 색깔, 수, 구조가 다르다.[41]

과학자들은 자연 선택이 작용하는 수많은 사례들을 관찰하고 기록해왔다. 의학 분야의 항생제 내성과 진화의 발생을 기록하는 실험실 실험이 대표적이다. 자연 선택은 장기간의 발생과 선택 압력을 통해 지구상의 생물 다양성을 이끌 수 있다는 점에서 공통 조상과 같다. 모든 적응 변화는 자연 선택과 몇 가지 부차적인 과정에 의해 발생한다. 자연 선택은 종 분화의 주요 동인으로 잘 확립되어 있다.[166][167]

인위 선택은 비교적 최근의 공통 조상을 공유하는 유기체들 사이에서 다양성이 존재할 수 있음을 보여준다. 인위 선택에서는 원하는 특성을 가진 유기체만 선택적으로 번식시켜, 그 특성이 연속적인 세대에서 점점 더 발달하게 된다. 인위 선택의 예로는 개 품종 개량, 유전자 변형 식품, 꽃 품종 개량, 야생 양배추와 같은 식품 재배 등이 있다.[168]

실험적 진화는 진화에 대한 가설과 이론을 검증하기 위해 통제된 실험을 사용한다. 윌리엄 댈린저는 미생물을 열에 노출시켜 적응 변화를 강요하는 실험을 진행했다.[169] 리처드 렌스키는 ''대장균''을 이용한 다세대 실험에서 일부 ''대장균'' 균주가 시트르산을 대사하는 능력을 진화시켰음을 관찰했다.[170][171] 진화 생물학자 제리 코인은 이를 창조론에 대한 비판으로 언급했다.[170]

구피(`Guppy영어`, ''Poecilia reticulata'')를 이용한 연구에서, 생물학자 존 엔들러는 어류 개체군에 작용하는 선택을 감지했다. 실험 결과, 포식 압력은 배경 자갈에서 눈에 띄지 않는 칙칙한 색상 패턴으로의 진화를 유도했다.[184]

현장 실험에서 엔들러는 이주된 구피가 극적이고 다채로운 패턴으로 진화했음을 발견했다. 두 실험 모두 유사한 선택 압력으로 인해 수렴을 보였다.[184] 데이비드 레즈닉의 후속 연구에서는 현장 개체군이 밝은 색상 패턴, 늦은 성숙, 더 큰 크기 등 여러 방식으로 진화했음을 확인했다.[185]

자연 선택은 현대 인류 집단에서도 관찰된다. 쿠루에 대한 면역 변이체인 프리온 단백질 유전자 G127V가 비면역 대립 유전자에 비해 과다하게 나타나는 것이 그 예다.[187][188] 다른 집단에서는 생식 기간 연장, 콜레스테롤 수치 감소 등의 진화적 추세가 보고되었다.[189]

인류 집단에서 발생하는 선택의 잘 알려진 예는 유당 내성이다. 유당 불내증은 락타아제 부족으로 유당을 대사하지 못하는 것이다. 성인에서 락타아제 활성 지속성은 ''MCM6'' 유전자의 다형성과 관련이 있다.[191] 이는 유제품 소비에 대한 진화적으로 최근의 적응으로, 목축 생활 방식을 가진 북유럽과 동아프리카 집단에서 독립적으로 발생했다.[192][193][194][195]

10. 5. 3. 이탈리아 벽 도마뱀

1971년, 성체 ''Podarcis sicula''(이탈리아 도마뱀) 10마리가 크로아티아의 Pod Kopište 섬에서 동쪽으로 약 3.5km 떨어진 Pod Mrčaru 섬으로 옮겨졌다. 두 섬은 모두 아드리아 해의 Lastovo 근처에 위치해 있으며, 도마뱀들은 새로운 병목 현상이 있는 개체군을 형성했다.[196][197] 두 섬은 비슷한 크기, 고도, 미기후를 가지고 있으며, 육상 포식자가 일반적으로 존재하지 않았다.[197] ''P. sicula''는 인간의 간섭 없이 수십 년 동안 번성했으며, (현재 지역적으로 멸종된[196]) ''Podarcis melisellensis'' 개체군보다 경쟁 우위를 점했다.[198]

1990년대에 과학자들은 Pod Mrčaru로 돌아와 그곳의 도마뱀이 Kopište의 도마뱀과 크게 다르다는 것을 발견했다. 미토콘드리아 DNA 분석을 통해 현재 Mrčaru의 ''P. sicula''가 Kopište의 원래 개체군과 유전적으로 매우 유사하다는 것이 확인되었지만,[196] 새로운 Mrčaru 개체군의 ''P. sicula''는 평균 크기가 더 크고, 뒷다리가 짧고, 최대 질주 속도가 느리며, 원래 Kopište 개체군에 비해 모의 포식자 공격에 대한 반응이 달라졌다.[197] 이러한 변화는 "포식 강도의 완화"와 Mrčaru의 식생으로부터의 더 큰 보호에 기인한 것으로 여겨졌다.[197]

2008년, 추가 분석 결과 Mrčaru 개체군의 ''P. sicula''는 원래 Kopište 개체군에 비해 머리 형태(더 길고, 넓고, 높은 머리)가 현저히 다르며 물어뜯는 힘이 증가했다는 사실이 밝혀졌다.[196] 이러한 머리 모양의 변화는 식단의 변화와 일치했다. Kopište ''P. sicula''는 주로 곤충을 먹지만, Mrčaru의 도마뱀은 식물성 물질을 훨씬 더 많이 먹었다.[196] 먹이 섭취 방식의 변화는 Mrčaru 개체군의 더 높은 개체 밀도와 영토 행동 감소에 기여했을 수 있다.[196]

두 개체군 사이에서 발견된 또 다른 차이점은 Mrčaru 도마뱀에서 맹장 밸브의 발견이었다. 이 밸브는 음식의 통과를 늦추고 발효 챔버를 제공하여 공생 미생물이 섬유소를 도마뱀이 소화할 수 있는 영양소로 전환할 수 있게 한다.[196] 또한, 연구자들은 선충류가 맹장 밸브가 없는 Kopište ''P. sicula''에서는 발견되지 않지만 Mrčaru 도마뱀의 내장에서 흔히 발견된다는 것을 발견했다.[196] 알려진 비늘 파충류 종의 1% 미만에서 발생하는 맹장 밸브는[196] "적응적 참신성, 조상 개체군에는 존재하지 않고 이 도마뱀에서 새롭게 진화한 새로운 특징"으로 묘사되었다.[199]

10. 5. 4. PAH 저항성 킬리피쉬

다환 방향족 탄화수소(PAH)는 버지니아주 포츠머스의 엘리자베스 강을 오염시키는 물질로, 일종의 타르인 크레오소트의 부산물이다. 대서양 킬리피쉬(''Fundulus heteroclitus'')는 AHR 유전자(털코드가 관여하는 유전자)와 관련된 PAH에 대한 저항성을 진화시켰다. 이 연구는 PAH로 인한 "급성 독성 및 심장 기형 발생"에 대한 저항성에 초점을 맞추었다.[186]

10. 5. 5. PCB 저항성 대구

1947년부터 1976년까지 제너럴 일렉트릭이 허드슨강에 폴리염화 바이페닐(PCB)을 방류한 후, 강에 서식하는 톰코드(대구) (''Microgadus tomcod'')는 이 화합물의 독성 효과에 대한 저항성을 진화시켰다.[201] 이러한 독성 저항성은 특정 유전자의 코딩 부분 변화로 인해 발생한다. 뉴잉글랜드 지역 8개 강( 세인트로렌스강, 미라미치강, 마가리강, 스쾀스콧강, 니앤틱강, 신네콕 만, 허드슨강, 해켄색강)에서 대구 유전자 샘플을 채취하여 분석했다. 그 결과, 가장 남쪽에 위치한 4개 강(허드슨강, 해켄색강, 니앤틱강, 신네콕 만)의 톰코드 개체군에서 AHR2 (아릴 탄화수소 수용체 2) 유전자에 두 개의 아미노산 결실을 가진 대립 유전자가 존재함을 확인했다.[202] 이 결실은 톰코드에게 PCB 저항성을 부여했으며, 발견 빈도는 허드슨강 99%, 해켄색강 92%, 니앤틱강 6%, 신네콕 만 5%였다.[202] 이러한 분포 패턴은 대서양 톰코드의 PCB 저항성 진화를 유도하는 선택적 압력과의 직접적인 상관관계를 보여준다.[202]

10. 5. 6. 도시 야생동물

도시 야생동물은 인간에 의해 발생한 야생동물에 대한 선택 압력의 광범위하고 쉽게 관찰할 수 있는 사례이다. 인간의 서식지가 증가함에 따라, 다양한 동물들은 이러한 도시 환경에서 생존하기 위해 적응해 왔다. 이러한 유형의 환경은 유기체에 선택 압력을 가할 수 있으며, 이는 종종 새로운 적응으로 이어진다. 예를 들어, 프랑스에서 발견되는 잡초인 ''Crepis sancta''는 무겁고 솜털 같은 두 종류의 씨앗을 가지고 있다. 무거운 씨앗은 어미 식물 근처에 떨어지는 반면, 솜털 같은 씨앗은 바람에 실려 더 멀리 날아간다. 도시 환경에서 멀리 날아가는 씨앗은 종종 불모의 콘크리트에 떨어진다. 약 5~12세대 안에, 이 잡초는 시골 친척보다 훨씬 더 무거운 씨앗을 생산하도록 진화한다.[203][204]

도시 야생동물의 다른 예로는 전 세계 도시 환경에 적응하는 집비둘기와 까마귀 종, 사이먼스타운의 아프리카펭귄, 남아프리카 공화국의 개코원숭이, 그리고 인간의 거주지에 서식하는 다양한 곤충 등이 있다. 연구 결과, 인간이 만든 환경과의 상호 작용으로 인해 동물의 행동(보다 구체적으로 포유류)과 신체적 뇌 크기에 놀라운 변화가 있다는 것이 밝혀졌다.[205][206]

10. 5. 7. 화이트 샌즈 도마뱀

'''그림 5c''': 화이트 샌즈의 ''Holbrookia maculata'' 생태 경계 변종 ''H. m. ruthveni''


생태 경계 변이를 보이는 동물들은 개체군 분화를 유지하는 메커니즘에 대한 연구를 가능하게 한다. 뉴멕시코 화이트 샌즈 사막에 서식하는 세 종의 도마뱀(''Holbrookia maculata'', ''Aspidoscelis inornatus'', ''Sceloporus undulatus'') 연구를 통해 자연 선택, 유전자형 및 표현형 변이,[207][208] 적응 및 생태형태학,[209] 사회적 신호[210]에 대한 풍부한 정보를 얻을 수 있다. 이 종들은 어두운 토양과 흰 모래에 모두 일치하는 생태 경계 개체군을 보인다. 연구 결과, 강력한 선택 압력으로 인해 어두운 개체군과 밝은 개체군 사이에 상당한 표현형 및 유전자형 차이가 나타났다. ''H. maculata''는 다른 두 종에 비해 개체군 간 유전자 흐름이 가장 적고 유전적 차이가 가장 컸으며, 밝은 색 개체군은 기질과 가장 잘 일치하는 뚜렷한 표현형 차이를 보였다.[207]

뉴멕시코의 화이트 샌즈는 약 6000년[210]에서 2000년[207] 전에 형성된 비교적 최근의 지질 구조물이다. 석고 모래 언덕의 최근 기원은 밝은 색 변이를 보이는 종들이 짧은 시간 내에 진화했음을 시사한다. 세 종의 도마뱀은 생태 경계 변종과 공존하며 다양한 사회적 신호 색상을 나타낸다.[210] 이들은 환경의 선택 압력으로 인해 밝은 변종으로 수렴 진화했을 뿐만 아니라, 형태, 탈출 행동, 질주 속도 등 생태 형태학적 차이도 진화했다.[209] 로체스(Roches)의 연구에서 ''H. maculata''와 ''S. undulatus''의 탈출 행동에 대한 놀라운 결과가 나왔다. 어두운 형태 도마뱀을 흰 모래 위에 놓으면 놀람 반응이 현저히 감소했다. 이는 모래 온도나 시력과 관련된 요인 때문일 수 있지만, 원인과 관계없이 "일치하지 않는 도마뱀이 포식자를 만났을 때 질주에 실패하는 것은 부적응적일 수 있다."[209]

11. 종분화로부터의 증거

과학자들은 의학 분야의 항생제 내성과 같이 자연 선택이 작용하는 수많은 사례를 관찰하고 기록해 왔다. 자연 선택은 오랜 기간 발생하고 선택 압력이 가해지면 지구 생물 다양성을 이끌 수 있다는 점에서 공통 조상과 관련이 있다. 모든 적응 변화는 자연 선택(및 몇 가지 다른 부차적인 과정)에 의해 발생하며, "...자연 선택은 종 분화의 어디에나 존재하는 부분..."[166]이며 종 분화의 주요 동인으로 잘 확립되어 있다.[167]

인위 선택은 비교적 최근의 공통 조상을 공유하는 유기체 간에 나타날 수 있는 다양성을 보여준다. 인위 선택에서는 특정 종을 각 세대마다 선택적으로 번식시켜 원하는 특성을 가진 유기체만 번식하도록 한다. 이러한 특성은 연속적인 세대에서 점점 더 발달한다. 인위 선택의 예로는 개 품종 개량, 유전자 변형 식품, 꽃 품종 개량, 야생 양배추와 같은 식품 재배 등이 있다.[168]

실험적 진화는 진화를 설명하는 가설과 이론을 검증하기 위해 통제된 실험을 사용한다. 윌리엄 댈린저는 1880년 직전에 미생물을 열에 노출시켜 적응 변화를 강요하는 실험을 설정했다.[169] 리처드 렌스키의 ''대장균''을 이용한 다세대 실험은 실험적 진화의 대규모 예시이다. 렌스키는 수만 세대 후에 일부 ''대장균'' 균주가 시트르산을 대사하는 복잡한 능력을 진화시켰음을 관찰했다.[170][171] 이는 창조론자들이 불가능하다고 주장하는 복잡한 특성이 일련의 우연한 사건 조합을 통해 진화할 수 있음을 보여준다.[170] 대사 변화 외에도, 서로 다른 박테리아 개체군은 형태(세포의 전체 크기)와 적합성(조상과의 경쟁에서 측정됨) 모두에서 분화된 것으로 밝혀졌다.[172]

항생제 내성 세균의 발달과 확산은 종의 진화 과정에 대한 증거이다. 반코마이신 내성 ''황색포도상구균''의 출현과 그것이 병원 환자에게 가하는 위험은 자연 선택을 통한 진화의 직접적인 결과이다. 설폰아미드 계열의 합성 항생제에 내성을 가진 ''시겔라'' 균주의 증가는 진화 과정으로서 새로운 정보의 생성을 보여준다.[176] 마찬가지로, 다양한 형태의 ''학질모기''에서 DDT 내성의 출현과 호주에서 번식하는 토끼 개체군에서 점액종증 내성의 출현은 세대 교체가 빠르게 일어나는 종에서 진화적 선택 압력의 상황에서 진화의 존재에 대한 증거이다. 모든 종류의 미생물이 내성을 발달시킨다. 여기에는 곰팡이(항진균제 내성), 바이러스(항바이러스제 내성), 원생동물(항원충제 내성), 그리고 세균(항생제 내성)이 포함된다. 이는 모든 생명이 보편적인 유전 암호를 나타내고 따라서 다양한 메커니즘을 통해 진화 과정의 영향을 받는다는 점을 고려할 때 예상되는 현상이다.

트리니다드에서 구피(Poecilia reticulata'')를 연구하면서, 생물학자 존 엔들러는 어류 개체군에 작용하는 선택을 감지했다. 엔들러는 프린스턴 대학교의 실험실 온실 내에 10개의 연못을 만들어 자연 서식지를 모방하는 매우 통제된 실험을 설정했다. 각 연못에는 자연 연못과 정확히 일치하는 자갈이 들어 있었다. 트리니다드의 연못에서 구피의 무작위 표본을 채집한 후, 그는 구피를 키우고 섞어 유전적으로 다양한 개체군을 만들고 각 물고기를 측정했다. 실험을 위해 그는 네 개의 연못에 ''Crenicichla alta''(''P. reticulata''의 주요 포식자)를 넣고, 네 개의 연못에 ''Rivulus hartii''(비포식 어류)를 넣었으며, 나머지 두 개의 연못은 구피만 있는 채로 비워두었다. 10세대 후, 각 연못의 구피 개체군 간에 비교가 이루어졌고 측정이 다시 이루어졌다. 엔들러는 개체군이 대조군과 비포식자 연못에서 극적으로 다른 색상 패턴으로 진화했으며, 포식자 연못에서는 칙칙한 색상 패턴으로 진화했음을 발견했다. 포식 압력은 배경 자갈에서 눈에 띄는 것을 선택하지 않도록 유도했다.[184]

이 실험과 병행하여, 엔들러는 트리니다드에서 포식자가 있는 연못에서 구피를 잡아서 포식자가 살지 않는 상류 연못으로 옮기는 현장 실험을 수행했다. 15세대 후, 엔들러는 이주된 구피가 극적이고 다채로운 패턴으로 진화했음을 발견했다. 두 실험 모두 유사한 선택 압력으로 인해 수렴을 보였다.[184] 데이비드 레즈닉의 후속 연구에서, 엔들러가 구피를 상류로 옮긴 지 11년 후 현장 개체군을 조사했다. 연구 결과 개체군은 밝은 색상 패턴, 늦은 성숙, 더 큰 크기, 더 작은 출산 크기 및 출산당 더 큰 새끼 등 여러 방식으로 진화했다.[185] 트리니다드 강에서 ''P. reticulata''와 그들의 포식자에 대한 추가 연구는 포식에 의한 다양한 선택 방식이 구피의 색상 패턴, 크기 및 행동뿐만 아니라 생애사와 생애사 패턴을 변화시켰음을 나타냈다.[186]

종분화는 새로운 생물 종이 발생하는 진화적 과정이다. 생물학자들은 종을 구성하는 것에 대한 서로 다른 이론적 틀을 사용하여 종을 연구하며(종 문제 및 종 복합체 참조), 종 구분에 대한 논쟁이 존재한다.[211] 그럼에도 불구하고, 현재의 많은 연구는 "... 종분화는 모든 유전자에 동시에 영향을 미치는 불연속성이라기보다는 계통 발생적 고유성의 출현 과정"이며[212], 이소성 (가장 흔한 형태의 종분화)에서 "생식적 고립은 고립된 개체군에서의 진화적 변화의 부산물이며, 따라서 진화적 우연으로 간주될 수 있다."[213] 종분화는 이소성의 결과로 발생하지만, 다양한 요인들이 문서화되었으며 종종 다양한 형태로 정의되고 분류된다. 종분화 사례는 자연과 실험실에서 모두 관찰되었다. A.-B. 플로린과 A. 으딘은 "이소성 종분화에 대한 강력한 실험실 증거가 부족하다..."고 언급했다. 그러나 실험실 연구와는 반대로, "종분화는 확실히 발생한다; [그리고] 자연에서 얻은 방대한 양의 증거는 다르게 주장하는 것을 불합리하게 만든다."[214] 코인과 오어는 서로 다른 선택에 의한 이소성 종분화의 예를 제시하는 ''초파리''에 대한 19가지 실험실 실험 목록을 작성하여 "이소성에서 생식적 고립은 서로 다른 선택의 부산물로 진화할 수 있다"고 결론 내렸다.[215]

생물학자들은 자연에서 종분화의 수많은 사례를 기록했으며, 진화는 관찰자가 필요하다고 생각하는 것보다 훨씬 더 많은 종을 만들어냈다. 예를 들어, 350,000종이 넘는 딱정벌레가 있다.[216] 종분화의 예는 섬 생물 지리학적 관찰과 적응 방산 과정을 통해 얻을 수 있다. 공통 조상의 증거는 지질학적 지층 내에서 종분화에 대한 고생물학적 연구를 통해서도 찾을 수 있다.

'''그림 6b''': 일반적인 초파리 (''Drosophila melanogaster'')


윌리엄 R. 라이스와 조지 W. 솔트는 ''일반 초파리''에서 동소적 종분화의 실험적 증거를 발견했다. 그들은 캘리포니아주 데이비스에서 ''Drosophila melanogaster'' 집단을 수집하여 번데기를 서식지 미로에 넣었다. 태어난 파리는 먹이를 찾기 위해 미로를 탐색해야 했으며, 밝고 어두움(주광성), 위아래(주지성), 아세트알데히드 냄새와 에탄올 냄새(주화학성)의 세 가지 선택지가 있었다. 이것은 결국 파리를 42개의 시공간 서식지로 나누었다. 그들은 이후 반대 서식지를 선택하는 두 가지 계통을 배양했다. 한 계통은 일찍 나타나 어둠 속에서 위로 날아올랐고, 아세트알데히드에 끌렸다. 다른 계통은 늦게 나타나 빛과 에탄올에 끌려 즉시 아래로 날아갔다. 두 계통의 번데기를 미로에 함께 놓고 먹이 장소에서 짝짓기를 허용했다. 그런 다음 그들을 수집했다. 서식지를 전환하는 암컷 파리에 선택적 페널티가 부과되었다. 이것은 그들의 생식 세포 중 어느 것도 다음 세대로 전달되지 않음을 의미했다. 이 짝짓기 테스트를 25세대 후에 두 계통 간의 생식적 격리가 나타났다. 그들은 서식지 전환에 대한 페널티를 만들지 않고 실험을 다시 반복했고, 결과는 같았다. 생식적 격리가 생성되었다.[228][229][230]

런던 지하철 모기는 모기의 일종으로, ''Culex'' 속에 속하며, 런던 지하철에서 발견된다. 이 모기는 지상 종인 ''Culex pipiens''에서 진화했다. 런던 지하철 시스템에서 처음 발견되었지만, 전 세계 지하철 시스템에서도 발견되었다. 지난 세기부터 지역 지상의 ''Culex pipiens''에서 인간이 만든 지하 시스템에 적응했을 가능성이 제기되었지만,[240] 최근 증거에 따르면, 이 모기는 북부 도시의 따뜻한 지하 공간에 적응한 ''Culex pipiens''와 관련된 남부 모기 품종이다.[243]

두 종은 행동이 매우 다르며,[239] 교미가 극도로 어렵고,[240] 다른 대립 유전자 빈도를 가지며, 이는 창시자 효과 동안의 유전적 부동과 일치한다.[241] 더 구체적으로, 이 모기(''Culex pipiens molestus'')는 연중 번식하며, 추위에 약하고, 쥐, 생쥐, 인간을 문다. 반면, 지상 종인 ''Culex pipiens''는 추위에 강하고 겨울에 동면하며, 새만 문다. 두 품종을 교배했을 때, 난자는 불임이었으며, 이는 생식적 격리를 시사했다.[240][239]

유전적 데이터는 런던 지하철 모기의 ''molestus'' 형태가 각 역의 개체군이 가장 가까운 지상 개체군(즉, ''pipiens'' 형태)과 관련된 것이 아니라, 공통 조상을 가지고 있음을 나타낸다. Byrne과 Nichols의 가설은 지하 환경에 대한 적응이 런던에서 한 번만 지역적으로 발생했다는 것이다. 이 널리 분리된 개체군은 매우 작은 유전적 차이로 구별되며, 이는 ''molestus'' 형태가 10개의 러시아 도시 지하 개체군 간에 공유되는 단일 mtDNA 차이,[242] 유럽, 일본, 호주, 중동 및 대서양 섬을 아우르는 개체군에서 단일 고정된 마이크로새틀라이트 차이[243]로 발전했음을 시사한다.

11. 1. 화석

생화학적 증거는 모든 생물체가 공유하는 단백질 사이토크롬 c의 변이를 통해 나타난다. 서로 다른 생물체의 사이토크롬 c는 아미노산 차이로 측정되며, 이는 염기쌍 치환, 즉 돌연변이의 결과이다.

사이토크롬 c는 약 100개의 아미노산 사슬로 구성되며, 상위 유기체는 104개의 사슬을 갖는다.[31] 이 분자는 진화 생물학 연구에 중요한 통찰력을 제공한다. 닭과 칠면조, 돼지, 소, 양은 동일한 염기 서열 상동성을 보이며, 인간과 침팬지는 동일한 분자를 공유한다. 붉은털 원숭이는 한 아미노산만 다르다.[32] 66번째 아미노산이 전자는 아이소류신, 후자는 트레오닌이다.[31]

비교 해부학적으로 동물이나 식물 집단의 구조적 특징은 기본적으로 유사하다. 예를 들어, 모든 꽃은 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대, 씨방으로 구성되지만, 종마다 크기, 색상, 수, 구조는 다르다.

11. 1. 1. 글로보로탈리아

플랑크톤 유공충인 ''글로보로탈리아(Globorotalia) truncatulinoides''에 대한 광범위한 연구는 고생물지리학 및 고환경 연구에 대한 통찰력을 제공했으며, 환경과 진화 사이의 관계에 대한 연구도 이루어졌다. ''G. truncatulinoides''의 고생물지리학에 대한 광범위한 연구에서, 연구자들은 새로운 종의 형성(동소적 종분화 프레임워크를 통해)을 시사하는 증거를 발견했다. ''G. crassaformis'', ''G. tosaensis'', ''G. truncatulinoides'' 세 종을 포함하는 퇴적물 코어 연구를 통해, 270만 년 전까지는 ''G. crassaformis''와 ''G. tosaensis''만 존재했음을 발견했다. 그 시점에 종분화 사건이 발생하여 중간 형태가 상당 기간 존재했다. 결국 ''G. tosaensis''는 기록에서 사라졌지만(멸종을 시사), 현존하는 ''G. crassaformis''와 ''G. truncatulinoides'' 사이의 중간 형태로 존재한다. 이러한 화석 기록은 세 종의 형태적 특징으로 구성된 기존의 계통수와 일치했다.[219]

350만 년 동안의 ''Globorotalia crassaformis, G. tosaensis, G. truncatulinoides''의 형태적 변화. 위에 계통수를 겹쳐 놓았다. Lazarus 등 (1995)에서 발췌

11. 1. 2. 방사충류

방사충 ''Calocycletta caepa'', ''Pterocanium prismatium'', ''Pseudoculous vema'', ''Eucyrtidium calvertense'', ''Eucyrtidium matuyamai'' 다섯 종에 대한 대규모 연구에서, 연구자들은 각 계통에서 상당한 진화적 변화를 기록했다.[220][221] 이와 함께, 밀접하게 관련된 종인 ''E. calvertense''와 ''E. matuyamai''의 경향은 약 190만 년 전 (`Mya`) ''E. calvertense''가 태평양의 새로운 지역으로 침입하여 주된 개체군으로부터 고립되었음을 보여주었다. 이 종의 층서학은 이 고립된 개체군이 ''E. matuyamai''로 진화했음을 분명히 보여준다. 그 후, 여전히 존재하고 정적인 ''E. calvertense'' 개체군이 있는 지역으로 재침입했고, 그 과정에서 갑작스러운 신체 크기 감소가 발생했다. 결국 침입자 ''E. matuyamai''는 층에서 사라졌고 (아마도 멸종으로 인해), 이는 ''E. calvertense'' 개체군의 크기 감소 중단과 일치했다. 그 시점부터 크기 변화는 일정 수준으로 안정되었다. 저자들은 경쟁으로 유도된 형질 변위를 제시한다.[220][221]

11. 1. 3. 리조솔레니아

연구자들은 태평양의 8개 퇴적 코어에서 채취한 5,000개의 Rhizosolenia(플랑크톤 규조류) 표본을 측정했다. 코어 표본은 200만 년에 걸쳐 있었으며 퇴적 자기장 역전 측정을 사용하여 연대를 측정했다. 모든 코어 표본은 유사한 분화 패턴을 보였다. 즉, 310만 년 전 이전에는 단일 계통(''R. bergonii'')이 나타났고, 이후에는 형태학적으로 뚜렷한 두 개의 계통(자매 종: ''R. praebergonii'')이 나타났다. 표본을 측정하는 데 사용된 매개변수는 각 코어에서 일관되었다.[222] 딸 종인 ''R. praebergonii''에 대한 추가 연구에서 분화 후 인도양에 침입한 것으로 밝혀졌다.[217][223]

11. 1. 4. 투르보로탈리아

최근 연구는 플랑크톤 유공충 투르보로탈리아를 대상으로 진행되었다. 연구진은 열대 북태평양 환류 내의 한 지점에서 층서적으로 정렬된 51개의 표본을 추출하여, 200개의 개별 종을 10가지 형태학적 특징(크기, 압축 지수, 실의 종횡비, 실의 팽창, 구멍의 종횡비, 껍질 높이, 껍질 확장, 배꼽 각도, 권회 방향 및 마지막 와의 실 수)을 사용하여 조사했다.[224]

다변량 통계적 군집 분석 방법을 이용한 연구 결과, 이 종은 에오세 시기인 45Ma부터 약 36Ma까지 비방향적으로 계속 진화했다. 그러나 36Ma에서 약 34Ma까지 층서적 층에서는 하나의 종과 구별되는 특징을 가진 두 개의 뚜렷한 군집이 나타났다. 연구진은 종분화가 발생했으며, 두 개의 새로운 종이 이전 종에서 유래했다고 결론지었다.[224]

11. 1. 5. 척추동물

화석 기록은 제한적이지만, 척추동물의 종분화에 대한 증거는 존재한다. 해양 무척추동물에서 관찰되는 유사한 패턴을 기록하는 연구가 수행되었다.[217] 예를 들어, 작은 포유류의 형태적 변화율, 진화적 경향, 종분화 패턴을 기록하는 광범위한 연구는 과학 문헌에 크게 기여했다.[225]

에오세의 세 속인 Hyopsodus, Pelycodus, Haplomylus와 팔레오세의 Plesiadapis의 네 포유류 속에 대한 연구는—많은 수의 지층과 표본 채취를 통해—각 그룹이 "점진적인 계통 진화, 전반적인 크기 증가, 작은 종의 반복적인 진화, 그리고 각 새로운 계통의 기원 이후의 형질 분화"를 보였다는 것을 발견했다.[226] 이 연구의 저자들은 종분화를 식별할 수 있었다고 결론 내렸다. 형태적 경향과 진화율에 관한 또 다른 연구에서는 유럽의 밭쥐가 5백만 년 동안 52개의 뚜렷한 계통으로 방사했으며, 계통 점진주의, 단속 평형, 정체의 예를 기록했다.[227]

11. 2. 무척추동물

사이토크롬 c는 모든 생물체가 가지고 있는 단백질로, 생화학적 증거의 고전적인 예시이다. 서로 다른 생물체의 사이토크롬 c 변이는 아미노산 차이로 측정되며, 이는 염기쌍 치환, 즉 돌연변이의 결과이다. 사이토크롬 c 유전자의 치환된 염기쌍이 전달되는 데 걸리는 추정 시간에 염기쌍 치환 수를 곱하여 두 종이 갈라진 시기를 계산할 수 있다. 예를 들어, 인간과 원숭이의 사이토크롬 c 단백질을 구성하는 아미노산 수가 한 개 차이 나면, 두 종이 N년 전에 갈라졌다고 추론할 수 있다.[31]

사이토크롬 c는 약 100개의 아미노산 사슬로 구성된다. 많은 상위 유기체는 104개의 아미노산 사슬을 가진다.[31] 닭과 칠면조, 돼지, 소, 양은 동일한 염기 서열 상동성을 가진다. 인간과 침팬지는 동일한 사이토크롬 c 분자를 공유하지만, 붉은털 원숭이는 한 개의 아미노산(66번째 아미노산)을 제외하고 모두 공유한다.[32] 이러한 유사점은 사이토크롬 c의 공통 조상을 시사하며, 기능적 중복성이 높다는 점은 염기쌍 치환이 무작위 돌연변이의 결과임을 나타낸다.[33]

사이토크롬 b는 서열 변이성으로 인해 유기체 간의 계통 발생 관계를 결정하는 데 사용되는 미토콘드리아 DNA 영역이다. 이는 과 및 속 내의 관계를 결정하는 데 유용하며, 비교 연구를 통해 새로운 분류 체계가 도출되고 진화적 관계에 대한 이해가 심화되었다.[34]

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되지만, 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

다양한 대륙과 섬에서의 종의 존재 또는 부재에 관한 데이터(생물지리학)는 공통 조상의 증거를 제공하고 종분화 패턴을 밝히는 데 도움이 될 수 있다.

과학자들은 자연 선택이 작용하는 수많은 사건들을 관찰하고 기록해왔다. 의학 분야에서의 항생제 내성과 진화의 발생을 기록하는 실험실 실험이 대표적인 예시이다. 자연 선택은 장기간의 발생과 선택 압력이 오늘날 발견되는 지구상의 생물 다양성을 이끌 수 있다는 점에서 공통 조상과 같다. 기록되었든 기록되지 않았든 모든 적응 변화는 자연 선택 (및 몇 가지 다른 부차적인 과정)에 의해 발생한다. "...자연 선택은 종 분화의 어디에나 존재하는 부분..."[166]이며 종 분화의 주요 동인임이 잘 확립되어 있다.[167]

인위 선택은 비교적 최근의 공통 조상을 공유하는 유기체들 사이에서 존재할 수 있는 다양성을 보여준다. 인위 선택에서 한 종은 각 세대마다 선택적으로 번식하며, 원하는 특성을 나타내는 유기체만 번식하도록 한다. 이러한 특성은 연속적인 세대에서 점점 더 잘 발달하게 된다. 인위 선택의 예로는 개 품종 개량, 유전자 변형 식품, 꽃 품종 개량, 그리고 야생 양배추와 같은 식품의 재배 등이 있다.[168]

실험적 진화는 진화에 대한 가설과 이론을 검증하기 위해 통제된 실험을 사용한다. 윌리엄 댈린저는 1880년 직전에 미생물을 열에 노출시켜 적응 변화를 강요하는 실험을 설정했다.[169] 리처드 렌스키의 ''대장균''을 이용한 다세대 실험은 실험적 진화의 대규모 예시이다. 렌스키는 수만 세대 후에 일부 ''대장균'' 균주가 시트르산을 대사하는 능력을 진화시켰음을 관찰했다.[170][171] 이는 창조론자들이 불가능하다고 주장하는 복잡한 특성이 일련의 우연한 사건의 조합을 통해 진화할 수 있음을 보여준다.[170] 대사 변화 외에도, 서로 다른 박테리아 개체군은 형태와 적합성 모두에서 분화된 것으로 밝혀졌다.[172]

구피(Poecilia reticulata'')를 트리니다드에서 연구하면서, 생물학자 존 엔들러는 어류 개체군에 작용하는 선택을 감지했다. 엔들러는 트리니다드의 자연 서식지를 모방하는 매우 통제된 실험을 설정하고, 포식자와 비포식자 환경에서 구피의 색상 패턴 변화를 관찰했다. 포식 압력은 배경 자갈에서 눈에 띄는 것을 선택하지 않도록 유도했다.[184] 엔들러는 또한 트리니다드에서 포식자가 있는 연못의 구피를 포식자가 없는 상류 연못으로 옮기는 현장 실험을 수행하여, 15세대 후 이주된 구피가 극적이고 다채로운 패턴으로 진화했음을 발견했다. 두 실험 모두 유사한 선택 압력으로 인해 수렴을 보였다.[184] 데이비드 레즈닉의 후속 연구는 엔들러가 구피를 상류로 옮긴 지 11년 후 현장 개체군을 조사하여, 밝은 색상 패턴, 늦은 성숙, 더 큰 크기, 더 작은 출산 크기 및 출산당 더 큰 새끼 등 여러 가지 방식으로 진화했음을 밝혀냈다.[185] 트리니다드 강에서 ''P. reticulata''와 그들의 포식자에 대한 추가 연구는 포식에 의한 다양한 선택 방식이 구피의 색상 패턴, 크기 및 행동뿐만 아니라 생애사와 생애사 패턴을 변화시켰음을 나타냈다.[186]

종분화는 새로운 생물 종이 발생하는 진화적 과정이다. 종을 구성하는 것에 대한 서로 다른 이론적 틀을 사용하여 종을 연구하며(종 문제 및 종 복합체 참조), 종 구분에 대한 논쟁이 존재한다.[211] 그럼에도 불구하고, 현재의 많은 연구는 "... 종분화는 모든 유전자에 동시에 영향을 미치는 불연속성이라기보다는 계통 발생적 고유성의 출현 과정"이며[212], 이소성 (가장 흔한 형태의 종분화)에서 "생식적 고립은 고립된 개체군에서의 진화적 변화의 부산물이며, 따라서 진화적 우연으로 간주될 수 있다."[213] 종분화는 후자(이소성)의 결과로 발생하지만, 다양한 요인들이 문서화되었으며 종종 다양한 형태로 정의되고 분류된다(예: 주변, 인접, 동소적, 배수성, 잡종화 등). 종분화 사례는 자연과 실험실에서 모두 관찰되었다. A.-B. 플로린(A.-B Florin)과 A. 으딘(A. Ödeen)은 "이소성 종분화에 대한 강력한 실험실 증거가 부족하다..."고 언급했다. 그러나 실험실 연구(특히 이소성 종분화 모델에 중점을 둠)와는 반대로, "종분화는 확실히 발생한다; [그리고] 자연에서 얻은 방대한 양의 증거는 다르게 주장하는 것을 불합리하게 만든다."[214] 코인(Coyne)과 오어(Orr)는 서로 다른 선택에 의한 이소성 종분화의 예를 제시하는 ''초파리''에 대한 19가지 실험실 실험 목록을 작성하여 "이소성에서 생식적 고립은 서로 다른 선택의 부산물로 진화할 수 있다"고 결론 내렸다.[215]

종분화를 문서화하는 연구는 풍부하다. 생물학자들은 자연에서 종분화의 수많은 사례를 문서화했으며, 진화는 관찰자가 필요하다고 생각하는 것보다 훨씬 더 많은 종을 만들어냈다. 예를 들어, 350,000종이 넘는 딱정벌레가 있다.[216] 종분화의 예는 이전에 설명된 섬 생물 지리학적 관찰과 적응 방산 과정을 통해 얻을 수 있다. 공통 조상의 증거는 지질학적 지층 내에서 종분화에 대한 고생물학적 연구를 통해서도 찾을 수 있다.

11. 2. 1. 초파리



윌리엄 R. 라이스와 조지 W. 솔트는 ''일반 초파리''에서 동소적 종분화의 실험적 증거를 발견했다.[228][229][230] 이들은 캘리포니아주 데이비스에서 ''Drosophila melanogaster'' 집단을 수집하여 번데기를 서식지 미로에 넣었다. 갓 태어난 파리는 먹이를 찾기 위해 미로를 탐색해야 했는데, 이때 세 가지 선택지가 주어졌다.

  • 밝고 어두움 (주광성)
  • 위아래 (주지성)
  • 아세트알데히드 냄새와 에탄올 냄새 (주화학성)


이는 결국 파리를 42개의 시공간 서식지로 나누었다. 연구진은 이후 반대 서식지를 선택하는 두 가지 계통을 배양했다. 한 계통은 일찍 나타나 어둠 속에서 위로 날아올랐고, 아세트알데히드에 끌렸다. 다른 계통은 늦게 나타나 빛과 에탄올에 끌려 즉시 아래로 날아갔다. 두 계통의 번데기를 미로에 함께 놓고 먹이 장소에서 짝짓기를 허용했다. 그런 다음 이들을 수집했다. 서식지를 전환하는 암컷 파리에게는 선택적 페널티가 부과되었는데, 이는 그들의 생식 세포 중 어느 것도 다음 세대로 전달되지 않음을 의미했다. 25세대에 걸친 짝짓기 테스트 결과, 두 계통 간에는 생식적 격리가 나타났다. 연구진은 서식지 전환에 대한 페널티 없이 실험을 반복했고, 결과는 동일했다. 즉, 생식적 격리가 생성되었다.

11. 2. 2. 혹벌

주어진 원본 소스에는 '혹벌'에 대한 정보가 포함되어 있지 않기 때문에, '공통 조상의 증거' 문서의 '혹벌' 섹션을 작성하는 것은 불가능하다. 따라서 이전 답변과 동일하게 빈 문자열을 반환한다.

11. 2. 3. 산사나무 파리

사과굴나방(*Rhagoletis pomonella*, 사과 과실 파리라고도 함)은 동소적 종분화를 겪고 있는 것으로 보이는, 진화가 진행 중인 한 예시이다.[233] 서로 다른 사과굴나방 개체군은 서로 다른 과일을 먹고 산다. 19세기에 북아메리카에서 사과가 도입된 후 특정 개체군이 출현했는데, 이들은 주로 사과만 먹으며, 역사적으로 선호하던 과일인 산사나무는 먹지 않는다. 현재 산사나무를 먹는 개체군은 일반적으로 사과를 먹지 않는다.

다음과 같은 몇 가지 증거는 종분화가 일어나고 있음을 시사한다.

  • 13개의 동위 효소 유전자좌 중 6개가 다르다.
  • 사과굴나방이 사과 파리보다 늦은 계절에 성숙하고, 성숙하는 데 더 오래 걸린다.
  • 잡종 교배의 증거가 거의 없다(연구자들은 4~6%의 잡종 교배율을 기록했다).[234][235][236][237][238]

11. 2. 4. 런던 지하철 모기

런던 지하철 모기는 모기의 일종으로, ''Culex'' 속에 속하며, 런던 지하철에서 발견된다. 이 모기는 지상 종인 ''Culex pipiens''에서 진화했다. 런던 지하철 시스템에서 처음 발견되었지만, 전 세계 지하철 시스템에서도 발견되었다. 지난 세기부터 지역 지상의 ''Culex pipiens''에서 인간이 만든 지하 시스템에 적응했을 가능성이 제기되었지만,[240] 최근 증거에 따르면, 이 모기는 북부 도시의 따뜻한 지하 공간에 적응한 ''Culex pipiens''와 관련된 남부 모기 품종이다.[243]

두 종은 행동이 매우 다르고,[239] 교미가 극도로 어려우며,[240] 서로 다른 대립 유전자 빈도를 가진다. 이는 창시자 효과 동안의 유전적 부동과 일치한다.[241] 더 구체적으로, 이 모기(''Culex pipiens molestus'')는 연중 번식하며, 추위에 약하고, 쥐, 생쥐, 인간을 문다. 반면, 지상 종인 ''Culex pipiens''는 추위에 강하고 겨울에 동면하며, 새만 문다. 두 품종을 교배했을 때, 난자는 불임이었으며, 이는 생식적 격리를 시사했다.[240][239]

유전적 데이터는 런던 지하철 모기의 ''molestus'' 형태가 각 역의 개체군이 가장 가까운 지상 개체군(즉, ''pipiens'' 형태)과 관련된 것이 아니라, 공통 조상을 가지고 있음을 나타낸다. Byrne과 Nichols의 가설은 지하 환경에 대한 적응이 런던에서 한 번만 지역적으로 발생했다는 것이다. 이 널리 분리된 개체군은 매우 작은 유전적 차이로 구별되며, 이는 ''molestus'' 형태가 다음과 같이 발전했음을 시사한다. 10개의 러시아 도시 지하 개체군 간에 공유되는 단일 mtDNA 차이;[242] 유럽, 일본, 호주, 중동 및 대서양 섬을 아우르는 개체군에서 단일 고정된 마이크로새틀라이트 차이.[243]

11. 2. 5. 딱총새우와 파나마 지협

파나마 지협이 언제 닫혔는지에 대한 논쟁이 있다. 많은 증거는 "...다중 증거와 독립적인 조사를 통해" 약 에서 전에 닫혔다는 것을 뒷받침한다.[244] 그러나 최근 연구에 따르면 에서 전에 더 이른 시기에 일시적인 육교가 존재했다는 것을 시사한다.[245] 지협의 폐쇄 시점과 관계없이 생물학자들은 태평양과 카리브해 측의 종들을 연구할 수 있는데, 이는 "진화의 가장 위대한 자연 실험 중 하나"라고 불린다.[244] 알페우스 속의 딱총새우 연구는 이소성 종분화 사건에 대한 직접적인 증거를 제공했으며,[246] 분자 진화 속도에 관한 문헌에 기여했다.[247] "다중 로커스 데이터 세트 및 합체 기반 분석 방법"을 사용한 계통 발생 재구성은 그룹 내 종들의 관계를 뒷받침하며,[244] 분자 시계 기술은 에서 전에 15쌍의 ''알페우스'' 종의 분리를 뒷받침한다.[247]

11. 3. 식물

사이토크롬 c는 모든 생물이 가지고 있는 단백질로, 생화학적 증거의 고전적인 예시이다. 서로 다른 생물체의 사이토크롬 c는 아미노산 차이로 측정되며, 이는 염기쌍 치환, 즉 돌연변이의 결과이다. 이 차이를 통해 두 종이 갈라진 시기를 추정할 수 있다.[31]

사이토크롬 c의 기본 구조는 약 100개의 아미노산 사슬로 구성되며, 많은 상위 유기체는 104개의 아미노산 사슬을 가진다.[31] 예를 들어 닭과 칠면조는 동일한 염기 서열을 가지며, 돼지, 소, 양도 마찬가지이다. 인간과 침팬지는 동일한 분자를 공유하지만, 붉은털 원숭이는 한 아미노산이 다르다.[32] 이러한 유사점은 사이토크롬 c의 공통 조상을 시사하며, 기능적 중복성이 높아 염기쌍 치환이 무작위 돌연변이의 결과임을 나타낸다.[33]

사이토크롬 b는 미토콘드리아 DNA의 영역으로, 유기체 간의 계통 발생 관계를 결정하는 데 사용된다. 이는 과 및 속 내의 관계를 결정하는 데 유용하며, 비교 연구를 통해 새로운 분류 체계를 도출하고 진화적 관계를 이해하는 데 기여한다.[34]

동물이나 식물 집단의 해부학 비교 연구는 특정 구조적 특징이 기본적으로 유사하다는 것을 보여준다. 예를 들어, 모든 꽃의 기본 구조는 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대 및 씨방으로 구성되지만, 종마다 크기, 색상, 수, 특정 구조가 다르다. 화석화된 잔해의 신경 해부학은 첨단 영상 기술을 사용하여 비교할 수도 있다.[41]

생물지리학적 데이터는 공통 조상의 증거를 제공하고 종분화 패턴을 밝히는 데 도움이 된다. 과학자들은 자연 선택이 작용하는 수많은 사건들을 관찰하고 기록해왔는데, 의학 분야에서의 항생제 내성과 진화의 발생을 기록하는 실험실 실험이 그 예이다. 자연 선택은 장기간의 발생과 선택 압력이 오늘날 발견되는 지구상의 생물 다양성을 이끌 수 있다는 점에서 공통 조상과 같다. 기록되었든 기록되지 않았든 모든 적응 변화는 자연 선택 (및 몇 가지 다른 부차적인 과정)에 의해 발생한다. "...자연 선택은 종 분화의 어디에나 존재하는 부분..."[166]이며 종 분화의 주요 동인임이 잘 확립되어 있다.[167]

인위 선택은 비교적 최근의 공통 조상을 공유하는 유기체들 사이에서 존재할 수 있는 다양성을 보여준다. 인위 선택의 예로는 개 품종 개량, 유전자 변형 식품, 꽃 품종 개량, 그리고 야생 양배추와 같은 식품의 재배 등이 있다.[168]

실험적 진화는 진화에 대한 가설과 이론을 검증하기 위해 통제된 실험을 사용한다. 윌리엄 댈린저는 미생물을 열에 노출시켜 적응 변화를 강요하는 실험을 진행했다.[169] 리처드 렌스키의 ''대장균''을 이용한 다세대 실험에서는 수만 세대 후에 일부 ''대장균'' 균주가 시트르산을 대사하는 능력을 진화시켰다.[170][171]

종분화는 새로운 생물 종이 발생하는 진화적 과정이다. 생물학자들은 종을 구성하는 것에 대한 서로 다른 이론적 틀을 사용하여 종을 연구하며, 종 구분에 대한 논쟁이 존재한다.[211] 종분화는 이소성의 결과로 발생하지만, 다양한 요인들이 문서화되었으며 종종 다양한 형태로 정의되고 분류된다. 종분화 사례는 자연과 실험실에서 모두 관찰되었다. A.-B. 플로린과 A. 으딘은 "이소성 종분화에 대한 강력한 실험실 증거가 부족하다..."고 언급했지만, 실험실 연구와는 반대로, "종분화는 확실히 발생한다; [그리고] 자연에서 얻은 방대한 양의 증거는 다르게 주장하는 것을 불합리하게 만든다."[214]

식물학자 번 그랜트는 식물 종분화 분야를 개척했다.[248] 교잡과 배수성은 식물 종분화에 주요 기여를 하는 것으로 밝혀졌으며,[249] 분자 표지자의 출현으로 "교잡이 이전보다 훨씬 더 빈번하게 발생한다".[248] 이러한 두 가지 종분화 방식 외에도, 수분 매개자 선호도와 격리, 염색체 재배열, 그리고 분기적인 자연 선택이 식물 종분화에 중요한 요소가 되었다. 더욱이, 최근 연구에 따르면 성 선택, 후생 유전적 요인, 그리고 균형 선택에 의해 야기되는 비호환적인 대립 유전자 조합의 생성 또한 새로운 종의 형성에 기여한다.[249] 이러한 방식의 사례는 실험실과 자연 환경 모두에서 연구되었으며, 연구들은 또한 "식물의 정착성 때문에... 생태적 종분화의 상대적 중요성이 증가한다..."[250]는 것을 시사한다.

두 가지 다른 종 간의 교잡은 때때로 뚜렷한 표현형을 초래하며, 자연 선택은 그러한 개체를 선호할 수 있다. 결국, 생식적 격리가 달성되면 별도의 종으로 이어질 수 있다. 그러나 잡종과 부모 간의 생식적 격리를 달성하는 것은 특히 어렵고, 따라서 잡종 종분화는 드문 사건으로 여겨진다. 그러나 생식적 격리를 초래하는 교잡은 식물에서 종분화의 중요한 수단으로 간주되는데,[251] 이는 배수성(각 염색체의 사본이 두 개 이상)이 동물보다 식물에서 더 쉽게 허용되기 때문이다.[252][253]

배수체는 잡종에서 중요한데, 이는 감수 분열 동안 두 개의 서로 다른 염색체 세트가 각각 동일한 파트너와 짝을 이룰 수 있기 때문이다.[257] 배수체는 또한 더 많은 유전적 다양성을 가지며, 이는 작은 개체군에서 근친 교배 우울증을 피할 수 있게 해준다.[254] 염색체 수의 변화가 없는 교잡은 동형배수체 잡종 종분화라고 불린다. 이는 매우 드문 경우로 간주되지만, ''헬리코니우스'' 나비와 해바라기에서 나타났다.[255] 염색체 수의 변화를 포함하는 배수체 종분화는 특히 식물 종에서 더 흔한 현상이다.

배수성은 동종에서 많은 빠른 종분화 사건을 야기하는 메커니즘인데, 이는 예를 들어 사배체 x 이배체의 교배의 자손이 종종 삼배체 불임 자손을 낳기 때문이다.[256] 모든 배수체가 부모 식물과 생식적으로 격리되는 것은 아니며, 유전자 흐름이 여전히 발생할 수 있다. 많은 현존하는 식물과 대부분의 동물 종이 진화 과정에서 배수화 사건을 겪었다는 제안이 있었다.[257][258] 성공적인 배수체 종의 번식은 때때로 처녀생식 또는 종자 무성생식과 같은 무성생식에 의해 이루어진다.

연구자들은 생식적 격리를 종분화의 핵심으로 간주한다.[259] 종분화 연구의 주요 측면은 생식을 억제하는 장벽의 본질을 결정하는 것이다. 식물학자들은 종종 수정 전 및 수정 후 장벽의 동물학적 분류를 부적절하다고 간주한다.[259]

동물 착색은 자연 선택에 의한 진화에 대한 중요한 초기 증거를 제공했다. 19세기 후반에 착색의 세 가지 주요 기능(위장, 의태, 경계 색)이 발견되었으며, 이후 선택의 증거로 사용되었다. 찰스 다윈의 정황 증거 이후, 헨리 월터 베이츠와 프리츠 뮐러는 열대 나비에 대한 관찰을 바탕으로 의태의 형태를 설명했다. 이러한 색상 패턴은 자연 선택으로 쉽게 설명된다.[286] 앨프레드 러셀 월리스, 에드워드 배그널 풀턴 등은 자연 선택이 일어나고 있다는 증거를 찾았다.[287][288] 나비의 의태 효과는 1958년 제인 반 잔트 브라우어에 의해 통제된 실험에서 입증되었다.[289][290][291]

11. 3. 1. Mimulus peregrinus

Mimulus peregrinus(`M. peregrinus`)는 스코틀랜드 사우스 라나크셔 리드힐스의 쇼트클루크 워터 강둑에서 새로이 생성된 알로폴리플로이드 원숭이꽃 종이다.[260][261] 이 종은 Mimulus guttatus(14쌍의 염색체 포함)와 Mimulus luteus(염색체 중복으로 30~31쌍 포함)의 교배로 탄생했으며, 불임 삼배체의 중복으로 인해 6개의 염색체 사본을 가지고 있다.[260][261] `M. peregrinus`는 자가 수분 능력이 있으며, 염색체 수 때문에 `M. guttatus`, `M. luteus` 또는 이들의 불임 삼배체 후손과 짝을 이룰 수 없다.[260][261] 따라서 `M. peregrinus`는 죽거나 자손을 생산하지 않거나, 자체적으로 번식하여 새로운 종으로 이어진다.[260][261]

11. 3. 2. Raphanobrassica

''Raphanobrassica''는 무속(''Raphanus'', 무)과 배추속(''Brassica'', 배추, 양배추 등) 사이의 속간 잡종을 모두 포함한다.[262][263] ''Raphanobrassica''는 무 (''Raphanus sativus'')와 양배추 (''Brassica oleracea'') 사이의 전(全)배수체 교배종이며, 이 부모 종의 식물은 현재 라디콜로 알려져 있다. ''Raphanobrassica''의 다른 두 가지 비옥한 형태도 알려져 있는데, Raparadish는 ''Raphanus sativus''와 ''Brassica rapa'' 사이의 전배수체 잡종으로 사료 작물로 재배된다. "Raphanofortii"는 ''Brassica tournefortii''와 ''Raphanus caudatus'' 사이의 전배수체 잡종이다. ''Raphanobrassica''는 잡종임에도 불구하고 불임이 아니기 때문에 매혹적인 식물이다. 이 때문에 일부 식물학자들은 자연 상태에서 다른 종의 꽃가루에 의한 우발적인 교배가 고등 식물에서 흔한 종 분화의 메커니즘이 될 수 있다고 제안했다.

11. 3. 3. Senecio (groundsel)

Senecio vulgarisla(흔한 땅비름)와 Senecio squalidusla(옥스포드 질경이)는 서로 교배 가능한데, 이들의 잡종이 Senecio eboracensisla(요크 땅비름)이다. S. eboracensisla는 자가수분이 가능하지만, 원래 종과는 교배가 거의 이루어지지 않아 생식적으로 분리되어 새로운 종이 형성되었음을 보여준다.[266] S. vulgarisla는 영국 토착종이지만, S. squalidusla는 18세기 초 시칠리아에서 도입되었으므로, S. eboracensisla는 지난 300년 동안 이 두 종으로부터 새롭게 나타난 종이다.[266]

이 두 종에서 유래한 다른 잡종들도 알려져 있다. S. × baxterila와 같이 불임인 경우도 있지만, S. vulgarisla var. hibernicusla와 S. cambrensisla(웨일스 땅비름)처럼 번식이 가능한 잡종도 있다. 특히 S. cambrensisla는 분자 증거에 따르면 최소 세 번 이상 독립적으로 발생했을 가능성이 있다.[266] 형태학적, 유전적 증거는 S. eboracensisla가 다른 잡종들과 구별되는 종임을 뒷받침한다.[266]

Senecio × baxterila는 Senecio vulgarisla와 Senecio squalidusla가 함께 자랄 때 자연적으로 발생할 수 있는 불임 잡종이다. 20세기 초, S. × baxterila의 염색체 수가 우연히 두 배로 증가하면서 새로운 번식 가능한 종이 만들어졌다.[264][265]

11. 3. 4. 애기장대

키르스텐 봄블리스와 막스 플랑크 발생생물학 연구소 연구진은 애기장대에서 두 개의 유전자를 발견했다. 이 두 유전자가 모두 개체에 유전될 경우, 잡종 식물에서 자신의 면역 체계를 적으로 인식하는 반응이 일어난다. 부모 식물에서는 해롭지 않았지만, 이 유전자들은 결합될 때 결함이 있는 방식으로 반응하도록 별도로 진화했다.[267]

봄블리스는 280개의 유전적으로 다른 애기장대 계통을 861가지 방식으로 교배하여, 그 결과 2%의 잡종이 괴사하는 것을 발견했다. 20개의 식물은 1,080개의 유전자 그룹에서 유사한 유전자 활동 모음을 공유했다. 거의 모든 경우에서 봄블리스는 자가면역 반응을 일으키는 데 단 두 개의 유전자만 필요하다는 것을 발견했다. 봄블리스는 한 잡종을 자세히 살펴본 결과, 두 유전자 중 하나가 새로운 감염을 인식하는 데 관여하는 흔한 질병 저항 유전자 그룹인 NB-LRR 계열에 속한다는 것을 발견했다. 문제의 유전자를 제거하자 잡종은 정상적으로 발달했다.[267] 이러한 부적합성은 여러 세대에 걸쳐 서로 다른 식물 계통 간의 분열을 유발하여 성공적인 교배의 기회를 줄이고, 뚜렷한 계통을 별개의 종으로 만들 수 있다.[268]

11. 3. 5. Tragopogon (salsify)

''Tragopogon''은 잡종 종분화가 관찰된 한 예시이다. 20세기 초, 인류는 3종의 사스피를 북아메리카에 도입했다. 서양 사스피 (''Tragopogon dubius''), 초원 사스피 (''Tragopogon pratensis''), 그리고 굴 채소 (''Tragopogon porrifolius'')는 현재 도시 황무지에서 흔한 잡초가 되었다. 1950년대에 식물학자들은 이미 알려진 3종이 겹쳐 자라는 아이다호와 워싱턴 주 지역에서 2종의 새로운 종을 발견했다. 한 새로운 종인 ''Tragopogon miscellus''는 ''T. dubius''와 ''T. pratensis''의 사배체 잡종이다. 다른 새로운 종인 ''Tragopogon mirus'' 역시 배수성 종이지만, 그 조상은 ''T. dubius''와 ''T. porrifolius''였다. 이 새로운 종들은 보통 그것을 처음 기술한 식물학자의 이름을 따서 "Ownbey 잡종"이라고 불린다. ''T. mirus'' 개체군은 주로 자체 구성원의 번식을 통해 성장하지만, 추가적인 잡종 교배 에피소드는 ''T. mirus'' 개체군에 계속 더해지고 있다.[269]

''T. dubius''와 ''T. pratensis''는 유럽에서 교배했지만, 잡종화될 수 없었다. 2011년 3월에 발표된 연구에 따르면, 이 두 식물이 1920년대 북아메리카에 도입되었을 때 교배하여 잡종 ''Tragopogon miscellus''에서 염색체 수를 두 배로 늘렸고, 이를 통해 유전자의 "재설정"이 가능해져 더 큰 유전적 변이를 허용했다. 플로리다 대학교의 더그 솔티스 교수는 "우리는 진화를 목격했다...새롭고 다양한 유전자 발현 패턴은 새로운 종이 새로운 환경에 빠르게 적응할 수 있게 할 수 있다"고 말했다.[270][271]

'''그림 6d''': 자주색 사스피 (''Tragopogon porrifolius'')

11. 4. 척추동물

해부학적 특징을 비교 연구하거나, 척추동물 화석을 첨단 영상 기술로 비교하면 구조적 유사성이 나타난다. 예를 들어 모든 꽃은 꽃받침, 꽃잎, 암술머리, 암술대, 씨방의 기본 구조를 갖지만, 종마다 크기, 색상, 수, 구조가 다르다.

자연 선택은 항생제 내성과 같은 의학 분야를 포함하여 수많은 사건들에서 관찰되었다. 자연 선택은 장기간의 발생과 선택 압력을 통해 지구 생물 다양성을 이끌어 낼 수 있다는 점에서 공통 조상과 관련이 있다. 모든 적응 변화는 자연 선택(및 몇 가지 다른 부차적인 과정)에 의해 발생하며, "...자연 선택은 종 분화의 어디에나 존재하는 부분..."[166]이며 종 분화의 주요 동인이다.[167]

인위 선택은 비교적 최근의 공통 조상을 공유하는 유기체들 사이의 다양성을 보여준다. 인위 선택에서는 원하는 특성을 가진 유기체만 선택적으로 번식시켜 이러한 특성이 세대를 거듭하며 발달하게 된다. 개 품종 개량, 유전자 변형 식품, 꽃 품종 개량, 야생 양배추 재배 등이 그 예이다.[168]

실험적 진화는 통제된 실험을 통해 진화 가설과 이론을 검증한다. 윌리엄 댈린저는 1880년경 미생물을 열에 노출시켜 적응 변화를 강요하는 실험을 수행했다.[169] 리처드 렌스키의 ''대장균''을 이용한 다세대 실험에서는 ''대장균'' 균주가 시트르산 대사 능력을 진화시키는 것이 관찰되었다.[170][171] 이는 복잡한 특성이 우연한 사건의 조합을 통해 진화할 수 있음을 보여준다.[170] 대장균 개체군은 형태와 적합성에서도 분화되었다.[172]

종분화는 새로운 생물 종이 발생하는 진화적 과정이다. 종을 구성하는 것에 대한 이론적 틀과 종 구분에 대한 논쟁이 존재한다(종 문제 및 종 복합체 참조).[211] 그러나 종분화는 계통 발생적 고유성의 출현 과정이며,[212] 이소성 종분화에서 생식적 고립은 고립된 개체군에서의 진화적 변화의 부산물이다.[213] 종분화는 자연과 실험실에서 모두 관찰되었으며, 특히 이소성 종분화에 대한 실험실 증거는 부족하지만, 자연에서 얻은 증거는 종분화가 발생한다는 것을 보여준다.[214] ''초파리''에 대한 실험실 실험은 이소성에서 생식적 고립이 서로 다른 선택의 부산물로 진화할 수 있음을 보여준다.[215]

종분화 연구는 풍부하며, 자연에서 수많은 사례가 문서화되었다. 예를 들어 35만 종 이상의 딱정벌레가 있다.[216] 종분화의 예는 섬 생물 지리학적 관찰과 적응 방산 과정을 통해 얻을 수 있으며, 지질학적 지층 내 종분화에 대한 고생물학적 연구를 통해서도 찾을 수 있다.

모든 종분화 연구가 "시작부터 끝까지"의 분기를 직접 관찰하는 것은 아니지만, 자연 선택은 종분화의 유비쿼터스한 부분이며 주요 동인이라는 점을 주목해야 한다.[166][167]

11. 4. 1. 검은머리방울새

검은머리방울새(''Sylvia atricapilla'')는 독일에서 서식하며 겨울에는 일부가 남서쪽 스페인으로, 더 작은 무리가 북서쪽 영국으로 이동한다. 프라이부르크 대학교의 그레고르 롤샤우젠은 두 개체군 사이에 유전적 분리가 이미 진행 중임을 발견했다. 약 30세대에 걸쳐 발생한 차이점은 DNA 시퀀싱을 통해 개체를 85% 정확도로 그룹에 할당할 수 있을 정도이다.[272] 엑서터 대학교의 스튜어트 베어홉은 잉글랜드에서 겨울을 나는 새들이 서로만 짝짓기를 하는 경향이 있으며, 지중해에서 겨울을 나는 새들과는 일반적으로 짝짓기를 하지 않는다고 보고했다.[272] 연구자들은 지속적인 유전적, 지리적 분리로 인해 이 개체군들이 두 개의 다른 종이 될 것으로 예상하지만, 아직 추론의 여지가 있다.[273]

11. 4. 2. 몰리

Poecilia mexicana영어는 멕시코의 유황 동굴에 서식하는 작은 물고기이다. 수년간 이 종에 대한 연구를 통해 어두운 내륙 물고기와 밝은 표면 수역 물고기, 두 개의 뚜렷한 몰리 개체군이 유전적으로 더욱 분화되고 있다는 사실이 밝혀졌다.[274] 이 두 개체군 사이에는 뚜렷한 장벽이 없지만, 몰리는 큰 물벌레 (Belostoma sppla)에 의해 사냥당하는 것으로 밝혀졌다. 토블러는 이 벌레와 두 종류의 몰리를 채집하여 큰 플라스틱 병에 넣고 동굴에 다시 넣었다. 하루 뒤, 빛이 있는 곳에서는 동굴에 적응한 물고기들이 가장 큰 피해를 입어 물벌레의 날카로운 입 부분으로 인한 찌르기 상처가 5개 중 4개꼴로 발생했다. 어두운 곳에서는 상황이 정반대였다. 몰리는 자신의 서식지에서는 포식자의 위협을 감지할 수 있지만, 다른 서식지에서는 그렇지 못했다. 한 서식지에서 다른 서식지로 이동하면 사망 위험이 크게 증가한다. 토블러는 추가 실험을 계획하고 있지만, 이것이 새로운 종의 출현에 대한 좋은 예라고 믿고 있다.[275]

11. 4. 3. 북극곰

자연 선택, 지리적 격리, 그리고 진행 중인 종분화는 북극곰(''Ursus maritimus'')과 불곰(''Ursus arctos'') 사이의 관계를 통해 잘 나타난다. 이들은 서식지 전역에서 별개의 종으로 여겨지지만,[276] 상호 교배하여 번식 가능한 자손을 낳을 수 있다는 것이 문서화되었다. 이러한 유전자 침투 혼성화는 야생과 사육 환경에서 모두 발생했으며, DNA 검사를 통해 문서화[277] 및 확인되었다.[278]

북극곰의 가장 오래된 화석 증거는 약 13만 년에서 11만 년 전으로 거슬러 올라간다.[279] 그러나 분자 데이터는 다양한 분기 시간 추정치를 보여준다. 미토콘드리아 DNA 분석은 15만 년 전으로 추정되었으며,[279] 핵 게놈 분석은 약 60만 3천 년 전의 분기를 보여주었다.[280] 최근에는 전체 게놈(mtDNA 또는 부분 핵 게놈이 아닌)을 사용하여 북극곰과 불곰의 분기가 47만 9천 년에서 34만 3천 년 사이라는 것을 밝혀냈다.[281] 분기율의 차이에도 불구하고, 분자 연구는 두 자매 종이 매우 복잡한 종분화 및 혼합 과정을 거쳤음을 시사한다.[282]

북극곰은 불곰과 구별되는 해부학적, 생리학적 차이를 획득하여 불곰이 생존하기 어려울 수 있는 환경에서도 편안하게 생존할 수 있다. 주목할 만한 예로는 차가운 물에서 한 번에 약 96.56km 이상 수영할 수 있는 능력, 눈과 조화를 이루는 털, 북극 환경에서 체온을 유지하는 능력, 수영 시 머리를 물 위로 쉽게 유지할 수 있도록 해주는 긴 목, 수영 시 노 역할을 하는 크고 무거운 물갈퀴 발 등이 있다. 또한, 얼음 위에서 미끄러지는 것을 줄이기 위해 발바닥에 작은 유두와 진공 컵과 같은 흡착판이 진화했으며, 열 손실을 줄이기 위한 작은 귀, 선글라스처럼 작용하는 눈꺼풀, 육식 위주의 식단에 적응, 기회주의적 먹이를 위한 큰 위 용량, 그리고 요소 재활용을 통해 최대 9개월 동안 단식할 수 있는 능력을 갖추었다.[283][284]

12. 색상으로부터의 증거

베이츠와 뮐러는 열대 나비 관찰을 바탕으로 의태 현상을 설명했다. 이러한 색상 패턴은 포식자가 불쾌한 모델을 덜 모방하는 곤충보다 더 잘 모방하는 곤충을 더 자주 사냥하기 때문에 자연 선택으로 설명된다.[286] 앨프레드 러셀 월리스, 에드워드 배그널 풀턴 등 다윈주의자들은 자연 선택의 증거를 찾았다.[287][288] 1958년 제인 반 잔트 브라우어는 통제된 실험을 통해 나비의 의태 효과를 입증했다.[289][290][291]

1889년, 앨프레드 러셀 월리스는 설상 위장, 특히 계절에 따라 변화하는 깃털과 털이 은폐를 위한 적응이라고 언급했다.[292][293] 1890년, 풀턴은 ''동물의 색깔''에서 모든 형태의 채색을 사용하여 자연 선택을 옹호했다.[294] 1940년, 코트는 ''동물의 적응적 채색''에서 다양한 위장, 의태, 경고색을 설명했고, 특히 개구리의 일치성 교란 채색 그림은 다른 생물학자들이 이러한 표시가 자연 선택의 산물임을 확신하게 했다.[287] 케틀웰은 검은좀나방 진화 실험을 통해 검은좀나방이 산업 흑색증에 적응했음을 보여주었고, 이는 다윈의 진화론에 대한 증거를 제공했다.[288]

12. 1. 의태 및 경계색

베이츠와 뮐러는 열대 나비에 대한 관찰을 바탕으로 현재 그들의 이름을 딴 의태의 형태를 설명했다. 이러한 매우 특정한 색상 패턴은 시각으로 사냥하는 새와 같은 포식자가 불쾌한 모델을 덜 모방하는 곤충보다 더 잘 모방하는 곤충을 더 자주 잡아서 죽일 것이기 때문에 자연 선택으로 쉽게 설명된다. 하지만 그렇지 않으면 패턴을 설명하기 어렵다.[286] 앨프레드 러셀 월리스와 에드워드 배그널 풀턴, 그리고 20세기 휴 코트와 버나드 케틀웰과 같은 다윈주의자들은 자연 선택이 일어나고 있다는 증거를 찾았다.[287][288] 나비의 의태 효과는 1958년 제인 반 잔트 브라우어에 의해 통제된 실험에서 입증되었다.[289][290][291]

12. 2. 위장

1889년, 앨프레드 러셀 월리스는 설상 위장, 특히 계절에 따라 변화하는 깃털과 털이 은폐를 위한 적응의 명백한 설명을 시사한다고 언급했다.[292][293] Poulton은 다윈주의의 쇠퇴 시기인 1890년에 저서 ''동물의 색깔''을 통해 모든 형태의 채색을 사용하여 자연 선택을 옹호했다.[294] 1940년, Cott는 저서 ''동물의 적응적 채색''에서 다양한 종류의 위장, 의태 및 경고 채색을 설명했으며, 특히 개구리의 일치성 교란 채색에 대한 그림은 다른 생물학자들이 이러한 속임수 표시가 자연 선택의 산물임을 확신하게 만들었다.[287] Kettlewell은 검은좀나방 진화 실험을 통해 검은좀나방이 산업 흑색증으로 환경 변화에 적응했음을 보여주었고, 이는 다윈의 진화론에 대한 설득력 있는 증거를 제공했다.[288]

13. 수학적 모델링 및 시뮬레이션으로부터의 증거

컴퓨터 과학은 변화하는 복잡계의 반복 연구를 가능하게 하여 진화 과정에 대한 수학적 이해를 돕고, 알려진 진화 사건의 숨겨진 원인에 대한 증거를 제공한다.[296] 예를 들어, 스플라이소솜과 같이 세포의 게놈을 수십억 개의 교환 가능한 부품으로 구성된 작업장으로 바꾸는 세포 메커니즘의 진화를 정확하게 연구할 수 있게 되었다.

50년이 넘는 시간이 흐른 지금, 전자 컴퓨터는 진화를 시뮬레이션할 수 있을 만큼 강력해졌다.[296] 이는 생물정보학이 생물학적 문제를 해결하는 데 도움을 준다.

계산 진화 생물학은 연구자들이 DNA 변화를 측정하여 수많은 유기체의 진화를 추적할 수 있게 해주었다. 이는 물리적 분류나 생리학적 관찰만으로는 불가능했던 일이다. 전체 게놈을 비교함으로써 유전자 중복, 수평 유전자 이동, 종 분화에 중요한 요인의 예측과 같은 더 복잡한 진화 사건을 연구할 수 있게 되었다. 또한, 시간에 따른 시스템의 결과를 예측하고 더 많은 종과 유기체에 대한 정보를 추적하고 공유하기 위한 복잡한 계산 모델 구축에도 기여하고 있다.

앞으로의 연구는 더 복잡한 생명의 나무를 재구성하는 데 초점을 맞출 것이다.

캘리포니아 공과대학교의 크리스토프 아다미는 ''생물학적 복잡성의 진화''에서 게놈 복잡성을 시퀀스가 환경에 대해 저장하는 정보의 양으로 정의했다. 그는 디지털 유기체 집단에서 게놈 복잡성의 진화를 조사하고 복잡성을 증가시키는 진화적 전환을 자세히 모니터링했다. 그 결과, 자연 선택이 게놈을 자연적인 "맥스웰의 악마"처럼 행동하도록 강제하기 때문에 고정된 환경에서 게놈 복잡성이 증가한다고 주장했다.[297]

라이스 대학교의 데이비드 J. 얼과 마이클 W. 딤은 ''진화 가능성은 선택 가능한 특성이다''에서 생명체가 진화했을 뿐만 아니라 진화하기 위해 진화했다고 주장했다. 즉, 단백질 구조 내의 상관관계가 진화했고, 이러한 상관관계를 조작하는 메커니즘이 함께 진화했다는 것이다. 그들은 빠르거나 극단적인 환경 변화가 더 큰 진화 가능성을 위한 선택으로 이어진다고 보았다. 이러한 선택은 인과 관계에 의해 금지되지 않으며 돌연변이 계층 내에서 가장 큰 규모의 움직임에서 가장 강력하다. 예를 들어, 척추 동물의 면역 체계는 항원의 가변적인 환경이 체세포 과돌연변이 동안 적응형 코돈과 낮은 충실도의 중합 효소의 사용에 대한 선택 압력을 제공했음을 보여준다. 생산적으로 높은 돌연변이율의 결과로 편향된 코돈 사용에 대한 유사한 추진력은 인플루엔자 A 바이러스의 헤마글루티닌 단백질에서 관찰된다.[298]

선형 서열의 진화에 대한 컴퓨터 시뮬레이션은 점 돌연변이뿐만 아니라 서열 블록의 재조합이 중요함을 입증했다.[299] 점 돌연변이, 재조합 및 선택의 반복적인 주기는 단백질과 같은 복잡한 서열의 ''in vitro'' 분자 진화를 가능하게 한다.[299] 진화 분자 공학(지향 진화 또는 ''in vitro'' 분자 진화)은 돌연변이, 재조합을 통한 증식, 개별 분자(단백질, DNA 및 RNA)의 가장 적합한 것을 선택하는 반복적인 주기를 포함한다. 이를 통해 자연 진화가 단백질 기반에서 RNA 기반, DNA 기반에 이르기까지 촉매 주기의 가능한 경로를 보여주면서 다시 체험할 수 있다.[299][300][301][302]

Avida (소프트웨어) 인공 생명 소프트웨어 플랫폼은 공통 조상과 자연 선택을 탐구하는 데 사용되었다.[303][304] 이 플랫폼은 자연 선택이 이타주의를 선호할 수 있다는 것을 증명하는 데 사용되었는데, 이는 예측되었지만 경험적으로 테스트하기 어려웠던 현상이다. Avida에서 허용되는 더 높은 복제 속도에서 이러한 현상이 관찰 가능하다.[305]

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