북극송어 두 개체군이 100년도 안 되는 기간에 진화!

 
글: 잉그리드 파델리, Phys.org

유럽 최대 고산 호수이자 이번 연구 두 연구 현장 중 하나인 알로스 호수Lake Allos (프랑스 알프스). 사진 제공: 에르베 로지사르

 
진화Evolution는 동물과 다른 생명체가 시간이 지남에 따라 유전적 형질을 변화시키는 과정으로, 일반적으로 수천 년 또는 수백만 년에 걸쳐 천천히 진행한다.

그러나 일부 종은 특히 다른 종과 격리되어 새로운 환경에 놓였을 때 더 빠른 속도로 적응할 수 있다.

프랑스 사부아 몽블랑 대학교 Université Savoie Mont Blanc-INRAE 연구진은 최근 연어 및 송어와 가까운 냉수성 담수어인 북극송어Arctic charr (Salvelinus alpinus) 두 개체군이 100년도 채 안 되는 기간 동안 분리된 후 서로 다른 방식으로 진화했음을 밝혀냈다.

왕립학회보 B[Proceedings of the Royal Society B]에 발표된 이 논문은 고립된 환경에서 일부 동물은 예상보다 빠르게 환경 변화에 적응할 수 있음을 시사한다.

"이 자연 실험은 서로 다른 환경에 놓인 개체군이 얼마나 빠르게 분화될 수 있는지, 그리고 이러한 분화의 기저에 있는 과정을 더 잘 이해할 수 있는 특별한 기회를 제공했습니다."

논문 제1저자 에르베 로지사르Hervé Rogissart는 Phys.org에 말했다.

"더 구체적으로 말하자면, 우리는 관찰된 차이가 주로 표현형 가소성phenotypic plasticity, 즉 생물이 지역 환경 조건에 맞춰 표현형을 조절할 수 있게 하는 능력에 의해 발생하는 것인지, 아니면 여러 세대에 걸쳐 자연 선택에 의해 유도된 유전적 변화를 반영하는 것인지 확인하고 싶었습니다." 

두 연구 지역 중 하나인 알로스 호수Lake Allos (프랑스 알프스)에서 북극송어를 채집하는 모습. 사진 제공: 마틴 도프레슨(Martin Daufresne)

 
두 북극송어 개체군 연구

로지사르와 그의 동료들은 100년도 채 되지 않아 서로 격리된, 동일한 조상을 둔 두 개 서로 다른 야생 북극송어 개체군을 관찰했다.

첫 번째 개체군은 알프스 북쪽 기슭에 위치한 깊은 산간호인 제네바 호수Lake Geneva에 서식했고, 두 번째 개체군은 메르캉투르 국립공원에 있는 산간호인 알로스 호수Lake Allos에 도입되었다.

연구팀은 먼저 각 개체군 성어를 대상으로 형태(즉, 몸의 모양과 구조)와 자연 환경에서의 성장을 비교 연구했다.

그 후, 별도의 통제된 환경에서 사육한 새로운 개체들을 연구했다.

로기사르트는 "산란기 동안 이 성어들로부터 생식세포를 채취하여 치어를 생산했고, 이 치어들을 동일한 환경의 공통 사육장에서 키웠다"고 설명했다.

"우리는 이 치어들의 형태와 성장을 포함한 여러 표현형 특성을 측정하고, 정상 환경과 고온 스트레스 조건 모두에서 신진대사를 평가했습니다. 이를 통해 환경적 요인에 의한 차이와 유전적 요인에 의한 차이를 구분할 수 있었습니다."

야생에서 서로 다른 성체 북극송어 개체군을 관찰하고, 통제된 환경에서 이들의 자손을 조사하고, 유전자 분석을 수행함으로써 연구진은 북극송어의 진화에 대한 새로운 통찰력을 얻을 수 있었다.

특히, 제네바 호수와 알로스 호수에 서식하는 두 개체군 간 차이에 표현형 가소성과 유전적 분화가 어느 정도 기여했는지 밝혀낼 수 있었다.

"야생 성체들 사이에서 형태와 성장에 뚜렷한 차이가 발견되었는데, 이는 서로 다른 환경과 표현형 가소성의 역할을 고려할 때 예상한 결과"라고 로기사르트 연구원은 말했다.

"더 중요한 것은, 형태적 차이는 미미했고 성장 차이는 더 많은 수의 어린 개체를 분석한 후에야 분명해졌지만, 공통된 환경에서 자란 어린 개체들은 뚜렷한 대사적 차이를 보였다는 점입니다. 이는 두 개체군이 100년도 채 되지 않은 과거에 공통된 기원을 가졌음에도 불구하고 빠른 생리적 적응이 이루어졌음을 시사합니다."

공통된 환경에서 자란 어린 북극송어. 사진 제공: 에르베 로기사르트

 
보존 노력에 대한 시사점

이 연구 결과는 자연 선택과 단일 유전자 구성이 다양한 형질을 만들어낼 수 있는 능력이 모두 물고기가 특정 환경에 빠르게 적응하는 데 기여할 수 있음을 시사한다.

연구팀이 관찰한 빠른 진화는 일부 종이 예상보다 더 큰 적응 잠재력을 지녔음을 보여주기 때문에 매우 주목할 만하다.

"우리의 연구 결과는 형태와 성장의 차이 대부분이 표현형 가소성으로 설명될 수 있음을 보여주며, 이는 물고기가 먹이 가용성 및 온도와 같은 지역 환경 조건에 빠르게 적응함을 시사합니다." 로기사르트 말이다.

"반면, 알로스 호수 어린 물고기는 동일한 조건에서 자랐음에도 고온에서 더 높은 대사율과 대사 및 체중 간 다른 관계를 보였습니다."

로기사르트와 그의 동료들이 관찰한 북극송어 개체군은 불과 수십 년 만에 생리적 및 대사적 특성을 변화시켰다.

이러한 변화는 서로 다른 고도에 위치한 두 개 고산 호수에서 생존하고 번성할 수 있도록 해주었을 가능성이 있다.

향후 연구에서는 이러한 발견에서 영감을 얻어 서로 다른 자연 환경에서 고립되어 살아가는 다른 어류나 동물 종의 진화를 탐구할 수 있을 것이다.

"기후 변화라는 맥락에서, 우리의 연구 결과는 유전적 다양성과 개체군 역사가 개체군 간의 형질 변이와 온도 반응에 어떤 영향을 미치는지, 그리고 궁극적으로 환경 변화에 대처하는 능력에 어떤 영향을 미치는지에 대한 새로운 통찰력을 제공합니다."

로기사트는 덧붙였다.

"다음 단계는 기후 변화 적응의 유전적 기반을 조사하는 것입니다. 더 많은 북극송어 개체군의 유전적 다양성을 연구함으로써, 기후 변화로 인한 수온 상승에 대처하는 데 관여하는 유전적 특징과 후보 유전자를 식별할 수 있기를 바랍니다."
 

(A) 종의 분포 범위 남쪽 가장자리에 위치한 샘플링 지점. 북극송어(Salvelinus alpinus)가 제네바 호수에서 알로스 호수로 가장 최근에 유입된 것은 1924년이다. (B) 알로스 호수(수심 10~30m, 파란색)와 제네바 호수(수심 30~100m, 녹색)의 연평균 수온(°C)을 2016~2022년 동안 평균한 값으로 나타낸 것으로, 각 호수에서 북극송어가 서식하는 전형적인 수심 범위에 해당한다. 실선은 일평균 수온을 나타내고, 가는 실선은 최소값과 최대값을 나타내며, 어두운 음영 영역은 95% 신뢰 구간을 나타낸다. 지도 배경은 해발 1500m 이상의 고도(m)를 나타낸다. Hervé Rogissart et al, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2026)

Publication details
Hervé Rogissart et al, A century of allopatry: plasticity and rapid selection shape phenotypic trait variability under contrasting environments, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2026). DOI: 10.1098/rspb.2026.0692 

Journal information: Proceedings of the Royal Society B