이 실험 소개
산업혁명 이전에는 영국의 가지나방이 거의 모두 옅은색에 반점이 있었으며, 지의류로 덮인 나무껍질에 숨어 있었습니다. 그을음으로 나무가 검게 변하자 새들은 옅은색 나방을 더 쉽게 찾아냈고, 약 50년 만에 공업 도시 주변에서는 어두운 나방이 대부분을 차지하게 되었습니다. 1950년대 대기 정화법이 시행된 뒤에는 이러한 추세가 반전되었습니다. 이 시뮬레이션은 어두운 대립유전자의 빈도가 세대별로 어떻게 변하는지 보여 주어, 학생들이 자연 선택에 따른 집단의 변화를 관찰하고 포식 압력의 강도와 초기 빈도가 변화 속도에 어떤 영향을 미치는지 실험해 볼 수 있게 합니다.
학습 목표
- 변이, 선택 압력, 생존, 유전의 관점에서 자연 선택을 설명하세요
- 환경이 어떤 변이를 유리하게 만드는지 어떻게 결정하는지 설명하세요
- 검은색 나방의 비율(표현형)과 검은색 대립유전자의 빈도를 구분하세요
- 열성 대립유전자가 드문 경우 선택에 의해 매우 천천히 제거되는 이유를 설명하세요
사용 방법
- 1나무껍질을 그을음으로 검게 한 상태로 두고 재생을 누르세요. 검은색 나방이 50%를 넘는 세대를 기록하세요.
- 2초기화한 뒤 새의 추가 포식률을 10%, 그다음 40%로 바꾸세요. 속도는 어떻게 달라지나요?
- 3그을음으로 검게 된 나무껍질에서 약 50세대까지 실행한 다음 깨끗한 나무껍질로 바꾸고 밝은색 나방이 돌아오는 것을 관찰하세요.
- 4검은색 나방 비율 곡선과 검은색 대립유전자 빈도 곡선을 비교하세요. 왜 서로 다른가요?
모델
가정
- 나방 아이콘, 새의 비행, 세대 전환은 예시를 위한 표현입니다. 수치 빈도는 개체군 모델에서 산출되며, 개체가 유전된 색을 바꾸지는 않습니다.
- 개체 수가 매우 많고 무작위로 짝짓기하므로 우연(유전적 부동)은 영향을 미치지 않으며, 매번 같은 결과가 나옵니다.
- 날개 색은 두 가지 대립유전자를 가진 하나의 유전자에 의해 결정됩니다. 어두운색 대립유전자 C는 실제 카르보나리아형에서처럼 완전 우성입니다.
- 생존에서 차이가 나는 유일한 요인은 새의 포식입니다. 이주도 새로운 돌연변이도 없습니다.
- 한 세대는 1년이며, 이는 영국의 가지나방 생활사와 일치합니다.
수업에서 해 보기
- Q1나무껍질 색에 맞추려고 몸 색을 바꾼 나방이 있었나요? 실제로 개체군에서 변한 것은 무엇인가요?
- Q2어두운색 나방의 비율은 왜 어두운색 대립유전자 빈도보다 더 빠르게 증가하나요?
- Q3깨끗한 나무껍질에서 어두운색 나방이 99%인 상태로 시작해 보세요. 마지막 남은 어두운색 나방은 왜 그렇게 천천히 사라지나요?
- Q4나무껍질이 영원히 그을음으로 검게 남아 있다면, 이 모델에서 밝은색 대립유전자는 완전히 사라질까요? 그렇게 생각하는 이유는 무엇인가요? 또는 그렇지 않다고 생각하는 이유는 무엇인가요?
자주 묻는 질문
가지나방 이야기는 지금도 받아들여지고 있나요?
네. 1990년대에 의문이 제기되었지만, Michael Majerus가 수행한 대규모 야외 연구가 2012년에 발표되어 새들이 나무껍질 위에서 눈에 잘 띄는 나방을 더 많이 잡아먹는다는 사실을 확인했습니다.
애초에 어두운 형태는 어디에서 비롯되었나요?
돌연변이에서 비롯되었습니다. 2016년 연구자들은 1800년대 초에 생겨난 ‘cortex’라는 유전자에 삽입된 DNA 조각이 원인임을 밝혀냈습니다. 이는 1848년 맨체스터에서 최초의 어두운 색 나방이 기록되기 얼마 전의 일이었습니다.
이 시뮬레이션에는 왜 무작위성이 없나요?
이 모델은 우연한 사건이 평균화되는 매우 큰 집단의 대립유전자 빈도를 추적합니다. 이렇게 하면 선택의 영향만 분리해 각 설정의 효과를 명확히 확인할 수 있습니다. 유전적 부동을 살펴보려면 별도의 소규모 집단 모델이 필요합니다.