진화는 순식간에 일어난다, 깃털 색깔을 바꾸는 스위스 헛간올빼미의 경우
by 멜라니 아펜트랑제Mélanie Affentranger, 로잔 대학교University of Lausanne
지난 30년 동안 스위스 헛간올빼미Swiss barn owls는 붉은 갈색을 띠고 반점이 더 촘촘해졌다.
로잔 대학교 과학자들은 3,000마리가 넘는 이 새들의 유전체를 분석하여 이러한 깃털 변화와 관련된 유전적 변이를 확인하고 자연 선택natural selection의 작용을 밝혀냈다.
네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 발표된 이 연구 결과는 야생에서 진화가 얼마나 빠르게 일어날 수 있는지를 보여준다.
순백색부터 짙은 적갈색, 그리고 다양한 황갈색에 이르기까지 헛간올빼미 깃털은 개체마다 매우 다양하다.
어떤 올빼미는 가슴에 희미한 검은 반점이 몇 개 있는 반면, 어떤 올빼미는 훨씬 더 많고 선명한 무늬를 지닌다.
로잔 대학교University of Lausanne (Unil) 연구에 따르면 이러한 특징은 단순히 외형적인 것 이상의 의미를 지닌다.
깃털 색깔은 번식력과 사냥 전략, 그리고 식단과 관련이 있다.
예를 들어, 흰색 헛간올빼미는 달빛을 이용하여 먹이를 공격한다.
한편, 반점은 면역력과 스트레스 대처 능력과 관련이 있다.
크고 검은 반점이 있는 새들은 먹이 부족이나 기생충 감염과 같은 특정 스트레스 상황을 더 잘 견뎌내는 것으로 보인다.
깃털은 진화 중
이러한 다양성은 고정되지 않는다.
제롬 구데Jérôme Goudet 교수 연구팀 일원인 트리스탄 쿠머(Tristan Cumer) UNIL 생물학과 생태진화학과 연구원이 이끄는 연구에 따르면, 스위스 헛간올빼미는 지난 30년 동안 점차 적갈색을 띠고 반점이 더 짙어졌다.
"수십 년 동안 현장에서 이 맹금류들을 관찰해 온 알렉상드르 룰린Alexandre Roulin과 그의 연구팀이 수집한 방대한 양의 데이터를 활용해 우리는 3,000마리가 넘는 올빼미 전체 게놈을 시퀀싱하고 색깔과 반점 무늬와 관련된 DNA 변이를 식별할 수 있었습니다. 이는 야생 개체군을 대상으로 수행된 가장 심층적인 유전자 분석 중 하나입니다."
스위스 생물정보학 연구소Swiss Institute of Bioinformatics (SIB) 소속이자 이번 연구 마지막 저자인 구데는 말한다.
연구진은 올빼미의 외형에 중요한 역할을 하는 유전적 영역을 밝혀냈다.
이에는 색소 침착에 영향을 미치는 것으로 이미 알려진 MC1R 유전자와, 색깔과 반점 무늬에 대한 기여도를 연구진이 명확히 밝힌 성염색체 영역이 포함된다.
자연 선택의 작용
더 붉고 반점이 많은 깃털로의 변화는 단순히 우연의 산물이 아니다.
색깔과 반점 무늬와 관련된 유전적 변이가 시간이 지남에 따라 어떻게 더 흔해지거나 덜 흔해졌는지 조사함으로써, 유닐(Unil) 생물학자들은 자연 선택의 영향을 발견했다.
"우리는 개체군에서 관찰된 변화를 진화가 완전히 무작위적으로 일어난 상황을 가정한 시뮬레이션과 비교했습니다. 적갈색 깃털과 관련된 유전적 변이가 우연만으로는 설명할 수 없을 정도로 훨씬 더 흔해졌습니다. 자연 선택을 포함한 시뮬레이션에서만 우리가 관찰한 변화가 재현되었습니다." 논문 제1 저자인 쿠머는 설명한다.
"젬파흐Sempach에 있는 스위스 조류학 연구소Swiss Ornithological Institute와 공동으로 진행한 이번 연구는 야생에서 최근 진화의 유전적 기반을 이처럼 정확하게 추적한 드문 사례 중 하나입니다. 자연 서식지에 사는 동물을 대상으로 이러한 연구를 진행하는 것은 실험실 환경보다 훨씬 어렵습니다." 구데는 덧붙인다.
하지만 한 가지 중요한 질문이 남았다.
왜 흰올빼미는 점점 더 붉어지고 반점이 많아지는 것일까?
이번 연구는 이러한 진화의 유전적 기반을 밝혀냈지만, 진화를 이끄는 요인은 아직 규명되지 않았다.
생태진화학과 교수이자 이번 연구 공동 저자인 룰린은 몇 가지 가능성을 제시한다.
"먹이 가용성의 변화가 들쥐를 더 많이 먹는 적갈색 헛간올빼미에게 유리하게 작용했을 수 있습니다. 반면 흰올빼미는 주로 숲쥐를 잡아먹는 경향이 있습니다. 반점의 증가는 환경적 스트레스 증가와 관련이 있을 수 있습니다. 개체 간 색깔의 뚜렷한 차이에도 불구하고, 이러한 변이를 설명하는 생태학적 요인을 정확히 밝히는 것은 여전히 매우 어렵습니다."
구데 교수는 "깃털 색깔 자체가 자연 선택에 의해 직접적으로 유리하게 작용하는 형질인지도 알 수 없다"고 말한다.
"MC1R은 색소 침착pigmentation에 관여하지만, 멜라노코르틴melanocortin 시스템 일부이며, 이 시스템은 스트레스 반응이나 공격성 등 다른 형질과도 관련이 있습니다. 따라서 선택은 이러한 형질 중 하나에 작용하고, 올빼미의 외형 변화는 단순히 그 결과로 나타나는 것일 수 있습니다."
이번 연구 결과는 구데 교수와 그의 연구팀이 거의 10년 동안 진행한 연구 프로그램 일부다.
그들의 목표는 헛간올빼미 유전체를 해독하고 이 종을 야생 진화 연구의 모델로 확립하는 것이다.
연구진은 이 종의 참조 유전체 서열을 분석하고 조립했으며, 유럽과 지중해 지역에 걸친 진화 역사를 재구성하고, 한 세대에서 다음 세대로 DNA를 재배열하는 유전자 재조합을 조사하고, 돌연변이가 어떻게 작용하는지 연구했다.
이러한 유전적 특징은 발생한 다음 개체군 내에서 전달된다.
"이러한 규모의 연구가 가능한 것은 현장 연구팀, 유전체학 전문가, 그리고 생물학 및 의학부 핵심 시설 구성원들이 협력하기 때문"이라고 구데 교수는 말한다.
연구는 계속 진행 중이다.
사진에 대한 컴퓨터 분석을 통해 연구팀은 깃털 색깔과 반점을 더욱 정밀하게 측정할 수 있을 것이다.
또한, 연구팀은 유전 데이터를 이용해 어린 나이에 죽은 새들의 깃털 색깔을 복원하고 특정 깃털 특징이 생존 가능성과 관련이 있는지 여부를 확인할 계획이다.
변화하는 기후 속에서 진화 이해는 필수적
이 연구는 헛간올빼미뿐만 아니라, 진화가 수백만 년에 걸쳐서만 일어나는 것이 아니라는 점을 상기한다.
주요 유전적 변화는 단 몇십 년 만에도 발생할 수 있다.
이 경우, 약 30년, 즉 10세대 만에 자연 선택의 효과가 감지되었다.
"이 연구는 고무적인 메시지를 전달합니다. 야생에 사는 종들이 짧은 기간 동안 진화할 수 있음을 보여준다. 이러한 빠른 적응 능력은 기후 변화를 포함한 환경 변화에 대처하는 데 도움이 될 수 있다"고 쿠머 교수는 결론지었다.
Publication details
Tristan Cumer et al., Genomic bases of short-term evolution in wild barn owls revealed by long-term monitoring and population-scale sequencing, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-78632-4
Journal information: Nature Communications