초기 농부들이 재배한 곡물이 커진 것은 유전적 선택이 아닌 강우량 영향인 듯

by Jan Steffen, Kiel University

발굴 현장으로 향하는 샤라라Sharara 발굴팀. 사진: 제롬 풀랄리에

 
옥스퍼드 대학교와 킬 대학교(CAU) 연구진이 수행한 새로운 고고식물학 연구에 따르면, 1만 1천 년 전 농업 초기 곡물 크기가 커진 것은 기존에 생각한 것처럼 경작 과정에서의 유전적 선택이 아니라, 유리한 생육 환경에 대한 식물의 가변적 반응 때문인 것으로 나타났다. 

초기 곡물 크기 증가에 대한 여러 가지 가설을 검증하기 위해, 국제 연구팀은 요르단 와디 엘하사Wadi el-Hasa에 위치한 선토기 신석기 시대 정착지Pre-Pottery Neolithic settlements인 엘-헤메el-Hemmeh와 샤라라Sharara에서 발굴된 탄화 보리와 에머 밀emmer wheat 유물을 대상으로 형태학적, 잡초 생태학적, 그리고 탄소 동위원소 안정 분석을 결합한 통합 분석법을 적용했다. 
 
미국 국립과학원회보(Proceedings of the National Academy of Sciences)에 발표된 이 연구는 발달 가소성evelopmental plasticity이 곡물이 재배되기 전 진화 궤적을 형성하는 데 중요한 역할을 했다는 것을 보여준다. 

초기 재배의 징후
약 11,000년 전, 서남아시아 전역의 신석기 시대 공동체는 야생 곡물, 콩과 식물, 과일나무를 재배해 식량을 생산하기 시작했다.

이후 수천 년에 걸쳐 이러한 재배 방식은 수렵 채집 생활을 변화시켰고, 결국 재배 곡물이 생계, 저장, 잉여 생산물 축적의 중심이 되는 농경 사회로 이어졌다.

야생 곡물은 자연적으로 부서지기 쉬운 이삭대rachis를 지녀 성숙한 씨앗이 쉽게 퍼져 야생에서 발아에 성공하지만, 사람이 씨앗을 수확하기는 어렵다.

또한, 후대의 재배 곡물과 비교할 때 야생 곡물은 알갱이가 상대적으로 작다.

수십 년에 걸친 고고식물학 연구에 따르면, 곡물 작물의 체계적인 재배는 점진적으로 더 큰 알갱이와 씨앗이 익은 후에도 이삭에 붙어 있도록 하는 단단한 이삭대라는 특성을 선택적으로 발달시켜 수확 효율을 높였다.

제1저자인 제이드 휘틀럼Jade Whitlam 박사가 와디 엘 하사에서 샤라라 지역 탄화 씨앗을 부유법으로 분석하고 있다. 사진 제공: 제롬 풀랄리에

더 큰 알갱이에 대한 재고찰

"작물 재배화는 서남아시아 여러 지역에 걸쳐 매우 다양하고 오랜 기간에 걸쳐 진행된 과정이었다"고 이번 연구를 이끈 옥스퍼드 대학교 제이드 휘틀럼Jade Whitlam 박사는 말했다.

"지난 10년간의 고고식물학 연구를 통해 작물 재배화에 앞서 '재배화 이전 단계'의 오랜 기간이 있었으며, 이 단계가 주요 재배화 특성의 진화에 유리한 환경을 조성한 것으로 밝혀졌습니다."

이전 연구들은 초기 신석기 시대 유적에서 발견된 더 큰 곡물 알갱이와 후대에 경작지 잡초가 될 식물들 출현을 사람들이 이미 토양을 경작하고 있었고, 재배화 형질에 대한 선택이 진행 중이었다는 증거로 해석했다.
 

발굴 지역으로 향하는 조사원. 사진: 제롬 풀랄리에

 
따라서 남부 레반트 지역 유적에서 발견된 더 큰 곡물 알갱이는 종종 재배화의 가장 초기 지표 중 하나로 간주됐다.

"엘-헤메와 샤라라 유적에서는 보리와 에머 밀 모두 초기 토기 이전 신석기 시대에는 형태적으로 야생 상태였으며, 부서지지 않는 형태의 재화화난 품종은 발견되지 않았습니다."

휘틀럼은 말했다.

"하지만 곡물 알갱이 크기는 야생 곡물과 비슷한 크기부터 재배된 곡물과 비슷한 크기까지 매우 다양했습니다. 동시에 이러한 곡물과 관련된 잡초 식물 분류군에 대한 생태학적 분석은 이들이 교란이 적은 환경에서 자랐음을 보여주며, 이는 더 큰 곡물이 체계적인 경작과 같은 재배 관행을 통해 선택되었다는 가설에 의문을 제기합니다."

이러한 차이의 원인을 조사하기 위해 연구팀은 탄화한 곡물 알갱이에 대한 안정 동위원소 분석을 수행했다.

곡물 알갱이의 안정 동위원소 조성은 식물이 자라면서 이용할 수 있는 수분 영향을 크게 받기 때문에, 연구팀은 이를 통해 곡물의 성장 조건을 추론할 수 있었다.
 

물이 곡물 크기를 결정지었다

"흥미롭게도, 재배용 곡물 크기에 해당하는 보리 알갱이는 습한 환경에서 자랐음을 나타내는 탄소 동위원소 값을 보인다"고 요르단에서 수분 스트레스와 곡물의 탄소 동위원소 조성 간 관계를 구명하는 광범위한 현장 실험을 수행한 파스칼 플로어Pascal Flohr 박사(킬 대학교 및 옥스퍼드 대학교)는 말했다.

"반면, 야생에서 자란 작은 알갱이는 훨씬 건조한 환경에서 자랐음을 나타내는 동위원소 값을 지녀 물의 가용성이 곡물 크기에 큰 영향을 미쳤음을 보여줍니다."

"고고식물학적, 잡초 생태학적, 그리고 동위원소적 증거를 통합한 결과, 경작에 따른 유전적 선택보다는 환경 조건이 관찰된 곡물 크기 변이를 훨씬 더 잘 설명한다는 것이 분명해졌다"고 휘틀럼은 말했다.

"이번 연구 결과는 초기 홀로세 남부 레반트 지역에서 곡물 알갱이 크기가 처음 증가한 것은 유전적 변화보다는 발달적 가소성 때문이라는 것을 보여줍니다. 이는 알갱이 크기를 위한 유전적 선택이 이전에 생각한 것보다 늦게, 아마도 알갱이가 쉽게 부서지지 않는 이삭대 형성을 위한 선택 이후에 일어났을 가능성을 시사합니다."

"이번 연구는 장기간에 걸친 고고학적 현장 조사와 새로운 분석 접근법을 결합하는 것의 가치를 보여줍니다. 고고식물학, 안정 동위원소, 식물 생태학 증거를 통합함으로써 농업으로의 전환이 어떻게 전개되었는지에 대해 완전히 새로운 질문을 던질 수 있습니다.

이러한 결과들을 종합할 때, 초기 신석기 시대 식물 관리 관행은 급진적인 재배화 의도라기보다는 수렵채집 사회의 오랜 생태적 지위 구축 과정의 일부였던 것으로 보입니다."

이번 연구 책임 저자이자 엘-헤메와 샤라라 유적 발굴 책임자인 셰릴 마카레비츠Cheryl Makarewicz 교수(공동 저자 빌 핀레이슨Bill Finlayson 박사[옥스퍼드대]와 함께 발굴 작업 진행)는 말했다.
 

조사 지역 위치와 그 개요

Publication details
Jade Whitlam et al, Developmental plasticity under human management shaped cereal evolution prior to domestication in the Early Holocene southern Levant, Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2535274123 

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences 
 
***
 
결국 야생곡물을 재배하면서 물을 잘 주고, 잡초를 뽑고, 비료를 잘 주면서 식물 알갱이가 커졌다는 얘기 아닌가? 아님 반대인가?