고유전학

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1. 개요
2. 응용 분야
- 2.1. 진화
  - 2.1.1. 인간의 진화
  - 2.1.2. 문화의 진화
- 2.2. 고고학
  - 2.2.1. 고대 질병
  - 2.2.2. 동물의 가축화
3. 도전 과제
참조

1. 개요

고유전학은 고대 유기체의 유전 물질을 연구하는 학문으로, 주로 DNA 분석을 통해 진화, 고고학, 문화 등 다양한 분야에 대한 정보를 얻는다. 단백질 서열과 DNA 유사성을 통해 종 간의 유전적 관계를 파악하고, 인류의 진화 과정을 추적하는 데 기여한다. 네안데르탈인 게놈 분석을 통해 인류의 기원과 유전적 다양성을 연구하며, 고대 질병 연구를 통해 인류의 의학적 역사를 밝히는 데 활용된다. 또한, 가축화된 동물의 유전자를 분석하여 인간과 동물의 상호 작용과 문화를 이해하는 데 도움을 준다. 하지만, 고대 유물에서 DNA가 손상되기 쉽고 오염될 수 있다는 어려움이 있다.

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고유전학
개요
분야	고생물학, 유전학
학문 영역	진화 고생물 고환경 분류학 분자생물학
상세 내용
연구 대상	고대 DNA 단백질 지질
연구 방법	DNA 염기서열 분석 유전자 분석 단백질 분석 지질 분석
활용 분야	고생물 복원 진화 연구 멸종 위기종 보존 고대 인류 연구 고병리학 고세균학
역사
초기 연구	1963년 라이너스 폴링과 에밀 주커칸들의 '화학 고유전학' 제안
1984년	멸종된 콰가로부터 DNA 추출 성공
최근 연구	100만 년 이상 된 매머드 게놈 해독

2. 응용 분야

고유전학은 단백질의 폴리펩티드 서열과 DNA에서 서로 다른 종 간 유사한 서열을 분석하여 공통 조상의 존재 및 그 시기를 추정한다. 네안데르탈인과 호모 사피엔스의 관계, 데니소바인과 같은 새로운 호미닌 계통 발견, 과거 사람들의 생활 방식, 젖당 소화 능력과 같은 특징을 밝히는 데 활용된다.

또한 라임병과 같은 특정 질병이 인간에게 감염되기 시작한 시점을 추적하고, 외치의 유전자에서 라임병을 일으키는 세균의 유전 물질을 발견하는 등 인류의 질병과 의학적 역사를 연구하는 데 기여한다. 더불어, 소와 같은 동물의 가축화 과정과 그로 인한 문화적 행동 변화를 파악하고, 가축화된 종의 유전적 다양성을 통해 가축화 기원과 이동 경로를 추적하는 데에도 활용된다.^[19]^[23]

2. 1. 진화

단백질의 폴리펩티드 서열과 DNA에서 서로 다른 종 간에 유사한 서열이 자주 발견된다. 이러한 유사성은 매우 일관적이어서, 공통 유전자를 가진 공통 조상이 존재했음을 시사한다.^[16] 이를 통해 종 간 DNA 서열 비교가 가능해졌고, 유전적 서열 차이를 바탕으로 공통 조상이 존재했던 시기를 어느 정도 오차 범위 내에서 추정할 수 있다.^[16]^[3]

2. 1. 1. 인간의 진화

네안데르탈인 여성의 넙다리뼈를 사용하여 네안데르탈인 유전체의 63%를 회수하고 37억 개의 DNA 염기쌍을 해독했다.^[20]^[21] 이를 통해 호모 네안데르탈렌시스가 약 3만 년 전에 멸종하기 전까지 호모 사피엔스의 가장 가까운 친척이었다는 것을 알 수 있었다. 네안데르탈인 게놈은 해부학적으로 현대적인 인간의 변동 범위 내에 있지만, 그 변동 범위의 가장 바깥쪽에 위치하는 것으로 나타났다. 고유전학적 분석은 또한 네안데르탈인이 침팬지와 호모 사피엔스보다 약간 더 많은 DNA를 공유했음을 시사한다.^[21] 또한 네안데르탈인은 현대 인간보다 유전적 다양성이 적은 것으로 밝혀졌으며, 이는 호모 네안데르탈렌시스가 비교적 적은 수의 개체로 구성된 집단에서 시작되었음을 나타낸다.^[21] DNA 염기 서열은 호모 사피엔스가 약 13만 년에서 25만 년 전에 아프리카에서 처음 나타났음을 시사한다.^[21]

고유전학은 호미닌의 진화와 확산 연구에 많은 새로운 가능성을 열어준다. 호미닌 유해의 게놈을 분석함으로써, 그들이 어디에서 왔는지, 또는 공통 조상을 공유하는 곳을 추적할 수 있다. 데니소바인은 시베리아에서 발견된 호미닌의 일종으로, DNA를 추출할 수 있었는데, 네안데르탈인이나 호모 사피엔스 게놈에서는 발견되지 않는 유전자의 흔적을 보이며, 이는 새로운 호미닌 계통 또는 종을 나타낼 수 있다.^[22]

2. 1. 2. 문화의 진화

DNA를 통해 과거 사람들의 삶을 엿볼 수 있다. 네안데르탈인의 DNA는 이들이 작은 임시 공동체에서 살았다는 것을 보여준다.^[21] 또 네안데르탈인은 젖당을 잘 소화시키지 못했다. 이처럼 DNA 분석을 통해 그들의 삶의 제한과 변이가 어떻게 일어났는지를 알 수 있다.^[21]

2. 2. 고고학

고고학 분야에서 고유전학은 인류의 질병, 의학적 역사, 그리고 동물의 가축화 과정을 연구하는 데 중요한 역할을 한다.

DNA 연구를 통해 특정 질병이 언제 인간에게 감염되기 시작했는지 추적할 수 있다. 일례로, 라임병의 가장 오래된 사례는 아이스맨이라 불리는 외치의 게놈에서 발견되었다.^[23]

또한, 고유전학은 인간이 소와 같은 동물을 가축화하는 과정과 그 문화적 행동에 대한 정보를 제공한다. 가축화된 종의 유전학적 흐름과 야생 동물의 고고학적 기록을 비교 분석함으로써 가축화 정도를 파악할 수 있으며, 유전자의 다양성은 해당 종들이 어디에서 길들여졌는지, 그리고 다른 지역으로 어떻게 이동했는지를 알려준다.^[19]

2. 2. 1. 고대 질병

DNA 연구를 통해 인류의 질병과 의학적 역사를 관찰할 수 있다. DNA를 추적하면서 특정 질병이 언제 인간에게 감염되기 시작했는지를 알 수 있다.^[23]

라임병의 가장 오래된 사례는 아이스맨이라 불리는 외치라는 남자의 게놈에서 발견되었다.^[23] 외치는 기원전 3,300년경에 사망했으며, 1990년 동부 알프스에서 그 유해가 발견되었다.^[23] 그의 유전자는 발견된 후 20년이 지나서야 분석되었다. 라임병을 일으키는 세균인 보렐리아 부르그도르페리의 유전 물질이 외치의 유전 물질에서 발견되었다.^[23]

2. 2. 2. 동물의 가축화

고유전학은 인간뿐만 아니라, 인간이 다른 생물에게 어떤 영향을 미쳤는지도 알 수 있게 한다. 소처럼 가축화된 종의 유전학적 흐름과 야생 소들의 고고학적 기록을 대조 분석함으로써, 가축화 정도를 알아 낼 수 있다. 이는 인간이 소들을 어떻게 가축화했는지 문화적 행동에 대해서도 많은 것을 알 수 있게 해준다. 이처럼 가축화된 동물의 유전학은 기존의 생물학적 유물에서는 볼 수 없는 행동, 발달, 성숙 등과 같은 단서를 알 수 있게 해준다. 유전자의 다양성을 통해 해당 종들이 어디에서 길들여졌는지, 그리고 다른 지역으로 어떻게 이주했는지를 알 수 있다.^[19]

3. 도전 과제

고대 유물의 DNA는 보통 살아있는 유기체보다 훨씬 작은 부분만을 포함한다.^[16]^[24] 이는 살아있는 조직에서 수리를 담당하는 효소가 기능을 멈추면 죽은 조직의 DNA가 분해되기 때문이다. DNA 보존은 온도, 습도, 산소, 햇빛을 포함한 여러 환경적 특성에 따라 달라진다. 고온다습 지역의 유적은 대체로 수십만 년 동안 열과 산소가 잘 차단된 영구동토나 동굴의 DNA보다 손상이 심하다.^[25] 또한 고대 유적의 DNA는 발굴 후에 훨씬 빨리 분해되며 발굴 직후의 뼈는 살아있는 유전 물질을 포함 할 확률이 훨씬 높다.^[19] 발굴 후, 뼈를 살균되지 않은 도구로 다루거나 직접 피부로 만지면 현대의 DNA로 오염 될 수 있으며, 이는 잘못된 분석 결과를 초래할 수 있다.^[19]

고대 유해는 일반적으로 생물의 원래 DNA의 극히 일부만을 포함한다.^[3]^[13] 발굴 후, 뼈는 현대 DNA(피부 접촉 또는 살균되지 않은 도구에서 비롯됨)로 오염될 수 있으며, 이는 위양성 결과를 생성할 수 있다.^[6]

참조

_[1] 논문 Ancient DNA: using molecular biology to explore the past 1994-10
_[2] 논문 Genetic analyses from ancient DNA 2004
_[3] 논문 Chemical Paleogenetics: Molecular "Restoration Studies" of Extinct Forms of Life
_[4] 논문 DNA sequences from the quagga, an extinct member of the horse family
_[5] 논문 Tiny time machines revisit ancient life 2010-12
_[5] 웹사이트 Paleogenetics: Unlocking the secrets from DNA of long ago http://scitechstory.[...] 2011-03-06
_[6] 논문 Palaeogenetics of cattle domestication: Methodological challenges for the study of fossil bones preserved in the domestication centre in Southwest Asia
_[7] 뉴스 World's oldest DNA sequenced from a mammoth that lived more than a million years ago https://www.cnn.com/[...] 2021-02-17
_[8] 논문 Million-year-old mammoth genomes shatter record for oldest ancient DNA 2021-02
_[9] 논문 A draft sequence of the Neandertal genome 2010-05
_[10] 논문 Story one: Team decodes neanderthal DNA: Genome draft may reveal secrets of human evolution
_[11] 논문 Neanderthal Genome Decoded http://www.archaeolo[...] Archaeological Institute of America
_[12] 논문 New insights into the Tyrolean Iceman's origin and phenotype as inferred by whole-genome sequencing 2012-02
_[12] 뉴스 Iceman May Hold Earliest Evidence of Lyme Disease http://news.discover[...] 2012-02-28
_[13] 논문 DNA has a 521-year half-life. http://www.nature.co[...] 2012-10-10
_[14] 웹사이트 What's the Shelf-Life of DNA? http://www.slate.com[...] 2013-02-05
_[15] 서적 Protein evolution
_[16] 저널 Chemical Paleogenetics: Molecular "Restoration Studies" of Extinct Forms of Life
_[17] 저널 DNA sequences from the quagga, an extinct member of the horse family
_[18] 저널 Tiny time machines revisit ancient life 2019-04-03
_[19] 저널 Palaeogenetics of cattle domestication: Methodological challenges for the study of fossil bones preserved in the domestication centre in Southwest Asia
_[20] 저널 A draft sequence of the Neanderthal genome
_[21] 저널 Story one: Team decodes neanderthal DNA: Genome draft may reveal secrets of human evolution
_[22] 저널 Neanderthal Genome Decoded http://www.archaeolo[...] Archaeological Institute of America 2019-04-03
_[23] 저널 New insights into the Tyrolean Iceman's origin and phenotype as inferred by whole-genome sequencing
_[24] 뉴스 DNA에는 521년 반감기가 있습니다. http://www.nature.co[...] Nature News 2012-10-10
_[25] 간행물 DNA의 유효 기간은 어떻게됩니까? http://www.slate.com[...] Slate magazine 2013-02-05

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