식물학자 멘델이 발견한 유전의 법칙이란?

오스트리아 식물학자 그레고어 멘델은 완두콩으로 유전에 대한 실험을 시작하게 되어 7년 만에 '멘델의 법칙'을 발견했습니다. 

멘델이 어떻게 유전의 법칙을 발견하게 되었는지 알아보겠습니다.

 

 

 

 

유전이란 무엇일까요?

여러분의 모습은 누구를 닮았나요? 바로 부모님일 것입니다. 그렇다면 부모님의 어느 부분을 더 닮았는지 자세히 들여다봅시다.

예를 들어 쌍커풀은쌍꺼풀은 어머니, 머리카락 색은 아버지를 닮은 사람이 있다고 합시다. 이런 경우 쌍꺼풀은 어머니에게 물려받은 특징이고, 머리카락 색은 아버지에게 물려받은 특징이라고 할 수 있습니다. 이렇게 부모로부터 자손에게 전달되는 몸의 생김새와 크기, 성질 등을 '형질'이라고 합니다. 앞서 말한 쌍꺼풀, 머리카락 색 등이 모두 형질인 것입니다. 그렇다면 '유전'에 대해 다음과 같이 말할 수 있습니다.

"유전이란 부모의 형질이 자손에게 전해지는 현상을 말한다."

 

우리 주변을 보면 '누구네 집 딸은 엄마를 똑닮았어', '아무개는 어쩜 부모님과 하나도 안 닮았을까?'라고 말하는 것을 종종 볼 수 있습니다.

여러분 중에도 아버지나 어머니를 닮은 사람이 있는 반면 닮지 않은 사람도 있고, 아버지와 어머니를 골고루 닮은 사람도 있을 것입니다. 그렇다면 유전 현상은 어떻게 일어나는 것일까요? 왜 부모가 같아도 사람마다 다른 모습을 하고 태어나는 것일까요?

 

이것이 바로 멘델이 이야기하는 "유전에는 어떤 법칙이 있을까?" 하는 것입니다. 과거에는 유전에 대해 어떻게 생각했을까요?

옛날 사람들도 유전 현상에 대해 관심을 가지고 있었습니다. 비록 '유전'이라는 말은 붙이지 않았지만, 자식들의 모습이 부모와 닮았다는 사실을 알고 있었기 때문에 그 이유도 궁금했던 것입니다. 

 

 

과거 사람들이 생각하는 유전

고대 인도인들은 어떤 질병이 특정 가족에게 잘 나타난다는 사실을 발견하고, 자식은 부모로부터 모든 것을 물려받는다고 생각했습니다. 고대에는 철학자들이 과학 분야에도 관심을 가지고 여러 가지 법칙을 만들었습니다. 이 중에서 어떤 학자는 부모와 닮지 않은 자손이 태어나는 것에 대해 다음과 같이 주장했습니다. 

"대부분의 자식은 부모를 닮지만, 어머니가 아기를 임신하고 있을 때 조각상에 정신을 팔면 그 영향으로 부모와 닮지 않은 자식이 태어난다"

라는 황당한 주장을 하기도 했지만, 그 당시에는 이 말을 믿는 사람들도 있었습니다.

 

고대 그리스의 유명한 의사인 히포크라테스도 유전과 관련하여 "남자와 여자는 각각 자신의 유전적 특성을 가진 액체를 만들어 내어 두 액체가 서로 만나 경쟁을 하며 자식에게 유전적 특성을 전달하는데, 누구의 액체가 더 많은 영향을 주는지에 따라 아빠를 닮을지, 엄마를 닮을지가 결정된다"라고 합니다. 

 

일반 사람들은 유전에 대해 어떻게 생각하고 있었을까요? 사람들은 가축을 기르고 곡식을 재배하기 시작하면서, 사람의 유전뿐만 아니라 동물과 식물의 유전에도 많은 관심을 가지게 되었고, 자손은 어버이를 닮는다는 것을 경험으로 알게 되었습니다. 그래서 좀 더 우수한 품종을 얻기 위해 사람들은 곡식의 씨앗 중에서 부실한 것은 버리고 튼튼한 것만 골라 뿌린다거나, 젖이 많이 나오는 젖소끼리 교배하는 방법을 이용했습니다. 이런 식으로 여러 생물의 품종을 개량했습니다. 그러는 동안 생물의 형질이 환경, 특히 영양과 기후 조건의 영향을 받는다는 사실을 알게 되었고 유전 현상은 좀 더 복잡한 것으로 생각되었습니다.

많은 학자들이 여러 생물을 대상으로 유전 연구를 하였지만 확실한 법칙을 알아낸 사람은 없었습니다. 확실한 건 "부모의 형질이 자손에게 섞여 나타난다"라는 사실만 확신하게 되었고 이런 이론을 '혼합설'이라고 합니다.

 

혼합설이란 검은색 물감과 흰색 물감을 섞으면 회색이 되듯이, 부모의 형질도 자손에게 골고루 섞여 나온다는 이론이지만 이 이론은 설명할 수 없는 예들이 너무 많습니다. 부모님 모두 쌍커풀이 있지만 자식은 쌍꺼풀이 없는 경우도 있기 때문입니다. 

 

 

완두콩으로 시작된 유전 연구

멘델은 왜 완두콩으로 유전 연구를 시작하게 되었을까요? 사람을 대상으로 유전 연구를 하는 데는 여러 문제점들이 있었습니다. 

예를 들어 눈의 모양이 어떻게 유전되는지 알고 싶을 때 쌍꺼풀이 있는 사람과 없는 사람을 결혼시켜 어떤 자손이 나오는지 알아볼 수 있을까요? 네, 사람을 마음대로 결혼시킬 수 없고 사람의 유전을 연구하려면 너무 오랜 시간이 걸리며 자손의 수가 적어 확실한 유전 법칙을 알 수 없기 때문입니다. 

 

멘델은 유전 연구를 위해 어떤 생물을 골라야 할지 고민하다가 몇 가지 조건을 내세웠습니다. 첫 번째 조건은 값이 싸고 기르기가 쉬워야 하고, 두 번째로는 교배하기가 쉽고 한 번에 많은 자손을 얻을 수 있어야 합니다. 멘델은 유전연구를 위해 수학의 통계를 사용했는데 자손의 수가 적다면 유전 법칙을 알아내기가 힘들기 때문입니다.

세 번째로는 생장 기간이 짧아야 합니다. 다 자라서 자손을 얻기까지 오랜 시간이 걸린다면 늙어 죽을 때까지 연구를 끝내지 못했을 겁니다.

네 번째로는 대립 형질이 뚜렷해야합니다. 이전의 다른 과학자들이 '생물의 탄생에서 죽음까지'를 연구 대상으로 삼았기 때문에 유전 법칙을 발견하지 못한 것이라고 생각했기 때문입니다. 그러니 대립 형질이 뚜렷한 생물을 선택해야 부모의 형질이 자손에게서 어떻게 나타나는지 알 수 있기 때문입니다. 이러한 기준으로 동물은 적합하지 않았습니다. 기르기도 쉽지 않고 원하는 교배를 시키기도 어렵고 한 번에 많은 자손을 얻기도 어려우며 다 자라는데  걸리는 시간이 너무 길었기 때문입니다.

 

 

대립 형질의 유전

완두에는 7가지 형질이 있는데 그중 완두의 색깔 형질에 대해 알아보겠습니다. 

노란색 완두와 녹색 완두를 교배하면 어떤 색깔의 자손이 나올까요? 다른 과학자들이 말한 '혼합설'처럼 노란색과 녹색의 중간을 띠는 완두가 나올까요? 

 

그 의문을 해결하기 위해 2년 동안 노란색 완두와 녹색 완두를 각각 길러 순수하게 노란색 완두와 녹색 완두 열매만 맺는 순종 완두를 고른 다음 노란색 완두와 녹색 완두를 각각 다른 밭에 심었습니다. 

 

1. 노란색 완두꽃이 활짝 피기 전에 수술의 꽃밥을 모두 잘라 내어 자가 수분을 하지 못하도록 막았습니다.

2. 녹색 완두꽃이 꽃가루를 붓에 묻혀 노란색 완두꽃의 암술머리에 발라 주었습니다.

3. 노란색 완두꽃에 봉지를 씌워 또 다른 꽃가루가 붇지 않도록 했습니다.

 

이런 방법으로 노란색 완두에게서 열매가 달렸습니다. 그리고 꼬투리를 열어 보았을 때 꼬투리 안에는 모두 노란색 완두가 들어 있었습니다. 여러 번 같은 실험을 되풀이해 봤고, 수술과 암술을 바꾸어 실험을 해봤지만 같은 결과가 나왔습니다. 이로써 이 설험의 결과는 아래와 같습니다.

 

노란색 완두의 밑씨 + 녹색 완두의 꽃가루 => 노란색 완두

노란색 완두의 꽃가루 + 녹색 완두의 밑씨 => 노란색 완두

 

순종의 노란색 완두와 순종의 녹색 완두를 교배하면 항상 노란색 완두만 나온다.

노란색 완두와 녹색 완두에서 어느 쪽이 꽃가루를 만들고 어느 쪽이 밑씨를 만들든 자손의 형질에 영향을 끼치지 않는다.

 

이 결과는 그동안 부모의 형질이 자손에게 섞여 나타난다는 혼합설이 틀렸음 증명하는 것입니다. 

 

부모의 형질은 자손에게 섞여서 나타나는 것이 아니다.

 

이러한 결과는 나머지 6가지 형질에도 항상 일치하는지 알아보기위해 완두의 모양, 콩깍지의 모양, 콩깍지의 색, 꽃의 색깔, 꽃과 꼬추리가 달린 위치, 잎과 잎 사이의 줄기 길이에 대해서도 각각 실험을 진행하였습니다.

그리고 한 가지 대립 형질을 가진 완두를 교배하여 얻은 자손에게는 부모의 형질 중 한 가지만 나타난다는 사실을 다음과 같이 정리했습니다.

 

한 쌍의 대립 형질이 유전될 때 자손에게 나타나는 형질을 우성, 나타나지 않는 형질을 열성이라고 한다.