생활 속 생명과학: 진화하는 적 PDF

생활속의 생명과학 진화하는 적  11.1 살인자의 귀환 그림 11.1 결핵을 일으키는 생물체.. 결핵 (TB, Tuberculosis) 병원균, Mycobacterium tuberculosis 결핵의 보편성  TB 보균자 20억명, 신규 감염속도는 초당 1명  감염자의 90%가 무증상이나...

생활속의 생명과학 진화하는 적  11.1 살인자의 귀환 그림 11.1 결핵을 일으키는 생물체.. 결핵 (TB, Tuberculosis) 병원균, Mycobacterium tuberculosis 결핵의 보편성  TB 보균자 20억명, 신규 감염속도는 초당 1명  감염자의 90%가 무증상이나 연간 이백만명의 사망 원인 결핵의 역사  인간을 수천 년 동안 괴롭힘  고대 이집트 미라의 골격에서 결핵 부패 흔적 발견  히포크라테스(B.C. 406) 결핵증상이 만연했음을 기록  1906년 미국에서 사망자 1,000명중 2명의 사망원인 증상  기침과 각혈, 미열과 피로 그림 11.2 폐의 결핵결절.  오랜시간 혹독한 소모적 증상으로 쇠약해짐 (“폐병”) 하얀색 점들이 폐조직에 형성된 결절들  11.1 살인자의 귀환 그림 11.3 결핵 감염 증상. 결핵 (TB, Tuberculosis) 병원균, Mycobacterium tuberculosis 결핵의 전염  감염자로부터 공기 통해 전염(재채기 한번에 40,000 물방울 방출)  취약자 (어린이, 노약자, 영양부족, 질병, AIDS 등 건강 빈약한 사람)  극심한 체중관리로 인한 결핵환자 증가 치료  19~20세기 장기간 공기 좋은 전원 요양소에서 치료(전염 방지를 위한 환자 격리)  1940년대 항생제로 치료 혁신  2주간 항생제 투여로 전염성 차단  완치를 위해 6~12개월 계속된 항생제 치료 필요 그림 11.4 공기 감염.  11.1 살인자의 귀환 결핵 (TB, Tuberculosis) 병원균, Mycobacterium tuberculosis 항생제 내성(antibiotic-resistant)  1980년대 이후 항생제 내성 결핵에 감염된 환자의 수가 기하급수적 증가  2000~2004년 TB에 감염된 환자 중, - 20% 기본적 처치에 무반응(다제내성 TB) - 2% 광범위 내성 (XDR-TB) : 2차 결핵약에도 내성  XDR-TB의 1/3이 사망  전 세계적으로 항생제 내성 결핵 발병률 증가  11.2 자연선택은 진화를 야기한다 자연선택설(natural selection) 집단 내에서 생존 또는 생식 증가를 야기하는 생물체의 신체적 또는 행동적 형질이 더 보편화 (불리한 형질을 보유한 개체는 사라짐) 다윈의 관찰  집단 내에서 개체들은 다양하다  개체들 가운데 일부 변이는 후손에게 전달될 수 있다  생물의 집단은 생존 가능한 수 보다 더 많은 자손을 낳는다  생존과 생식은 우연이 아니다  11.2 자연선택은 진화를 야기한다 관찰 1 집단 내에서 개체들은 다양하다 - 생물 군집에서 관찰되는 변이 (외모, 꽃이 피는 시기 등) - 변이체 : 집단 내의 각기 다른 개체  11.2 자연선택은 진화를 야기한다 관찰 2 개체들 가운데 일부 변이는 후손에게 전달될 수 있다 - 다윈은 부모와 자손간에 닮음이 있음을 관찰 - 비둘기 육종가들은 부모로부터 원하는 형질의 자손을 생산  11.2 자연선택은 진화를 야기한다 관찰 3 생물의 집단은 생존 가능한 수 보다 더 많은 자손을 낳는다 - 느리게 번식하는 동물들도 큰 집단을 빠르게 생산 그림 11.8 관찰 3: 생물의 집단은 생존 가능한 수보다 많은 자손을 생산한다. 코끼리와 같이 느린 번식동물도 비교적 빠르게 거대한 집단을 만들 수 있다  11.2 자연선택은 진화를 야기한다 생존과 생식은 우연이 아니다 관찰 4 - 적응도(fitness) : 한 변이형의 상대적 생존과 번식 능력 - 적응형질(adaptation) : 주어진 환경에서 개체의 적응도를 증가시키는 형질 특정한 환경에 대하여 적응형질을 가진 개체는 더 잘 생존하고 번식한다 적응형질  더 큰 부리를 가진 새는 크고 단단한 씨앗을 깨뜨릴 수 있어서 가뭄 기간 동안 더 잘 적응 11.2 자연선택은 진화를 야기한다 생존 이상의 적응형질  적응형질은 다른 개체보다 자손을 더 많이 생성할 수 있게 한다 - 꽃은 매개자를 유인해야 한다 -> 밝은 꽃 색깔, 더 많은 꿀 생산  11.2 자연선택은 진화를 야기한다 자연선택은 진화를 일으킨다 다윈의 추론 자연선택의 결과 - 유리한 변이는 여러 세대를 거치면서 집단 내의 빈도가 증가한다 - 불리한 변이는 소멸되기 쉽다 그 결과, 세대를 거듭하면서 집단 내 개체들의 형질에 변화가 생기며 진화가 일어난다 진화적 변화에 대한 메커니즘으로 자연선택을 검증하는 방법으로, 자연선택의 검증 - 인위적 선택 - 실험실에서 자연선택 - 야생 집단에서 자연선택  인위적 선택 인간의 선택에 의해서 강행된 선택 다윈이 연구한 화려한 꼬리의 애완용 비둘기 개의 품종개량 → 이러한 통제된 생존과 생식이 집단의 특성을 변화시킴  11.2 자연선택은 진화를 야기한다 실험실에서 자연 선택 실험실 상황은 조작할 수 있다  대조군과 실험군의 명확한 비교 가능 환경이 집단의 변화에 미치는 영향을 조사  초파리의 알코올 대사  집단에는 알코올 대사능력에 변이형이 있다 → 초파리의 진화 : 알코올 농도가 높은 환경에서는 알코올을 상대적으로 빨리 분해할 수 있는 개체들이 더 높은 적응도  11.2 자연선택은 진화를 야기한다 야생 집단에서 자연선택 진화의 예  M. tuberculosis 에서 항생제 내성  수 많은 질병 유발 생물체(병원체)들도 약물 및 살충제 내성  갈라파고스 방울새의 부리 크기  청홍합의 두터운 껍질이 침입 무늬발게에 대한 생존확률 증가  11.3 다윈 이후의 자연선택 신다윈설 유전학과 진화설의 결합; 유전적 원리를 통해 예측 신다윈설  유전자는 단백질 구조에 대한 정보를 가지고 있는 유전물질의 단편들  생물체에서 단백질의 작용이 신체적 형질을 결정  동일한 유전자의 다른 변형이 대립유전자이며, 신체적 형질의 변이는 대립유전자의 변이에 의한 것 → 유전자 풀(gene pool)의 변화  동일한 유전자에 대한 다른 대립유전자는 돌연변이를 통해서 생겨남  부모가 지닌 대립유전자들의 반은 난자와 정자를 통해서 자손에게 전달  11.3 다윈 이후의 자연선택 돌연변이와 자연선택 그림 11.13 돌연변이와 자연선택. 유전자에 돌연변이가 일어나면, 그 산물은 다소 다른 활성을 지닐 것이다. 새로운 활성이 돌연변이 유전자를 지닌 개체의 적응도를 증가시킨다면 이 활성은 자연선택 과정을 거쳐 집단 내에 더욱 흔해질 것이다.  11.3 다윈 이후의 자연선택 오묘한 자연선택 1. 집단에 존재하는 형질에만 작용 2. 상대적으로 가치가 덜한 형질은 소실 3. 현재의 처해 있는 환경에 적응 야기  11.3 다윈 이후의 자연선택 자연선택을 통해 새로운 형질이 생겨나지 않는다 생물은 단지 생존해야 하는 것이지 생존하기 위해서 변하지는 않는다 생존에 영향을 미치는 형질은 집단 내에 이미 존재하는 것이다 알코올 대사 대립유전자는 일부 초파리에 있었다 대립유전자는 차등적인 생존, 번식으로 인해서 더 보편화  11.3 다윈 이후의 자연선택 자연선택은 완성으로 끝나지는 않는다 생물은 환경에 더 잘 적응하게 되는 것이다  특정 상황에 대한 적응이지 모든 것에 대한 적응 X  한 상황에 대한 유익한 적응형질은 다른 상황에 불리할 수 있음  팬더 엄지손가락  두발 보행  11.3 다윈 이후의 자연선택 자연선택은 목표를 향한 진보를 일으키지 않는다 현재 환경에 가장 적절한 적응형질을 가진 변이체를 선호한다 집단이 처한 특정한 환경에 달려있다  풍매화 식물에서는 꽃 부분이 줄어들었다.  11.3 다윈 이후의 자연선택 선택의 유형 다른 환경 조건이 집단에 다른 변화를 야기 방향성 선택  집단이 특정한 방향으로 변한다 안정화 선택  집단이 안정화 된다 -> 변화를 거부 다양화 선택  집단이 둘 이상의 변이형으로 변한다 집단의 형질이 변한다 평균적 형질에 대한 선택 양 극단에 대한 선택  11.4 자연선택과 사람 건강 결핵은 다윈의 관찰에 부합한다 집단 내에서 개체간에는 변이가 존재한다 항생제에 저항하는 세균의 변이체가 존재한다 개인의 일부 변이는 자손에게 전달될 수 있다 항생제 내성에 대한 유전자가 세균들에게 전달된다 생물집단은 생존할 수 있는 수보다 더 많은 자손을 생산한다 항생제는 감염된 대부분의 개체를 제거한다 생물의 생존은 우연이 아니다 항생제 내성 세균이 더 잘 생존하고 번식한다  11.4 자연선택과 사람 건강 약물 내성 선택 단순 항생제 처치는 세균에 방향성 선택이 될 수 있다  일부 세균은 그 항생제에 대하여 더 내성을 가질 수 있다 약물 내성을 멈추기  세균 감염 증상이 완전히 사라질 때 까지 지속적 약물 처치  복합 약물요법  그림 11.13 복합약물은 항생제 내성을 막는다. 그림 11.13 결핵의 방향성 선택. 복합 항생제 사용은 환경을 결핵균 세포의 다양한 집단 속에는 특정 항생제에 더 내성이 있는 일부 보다 가혹하게 만들고 복합 세포가 있을 수 있다. 특정 항생제가 투여될 때 내성을 지닌 변이체는 내성의 변이체로 진화할 생존하여 생식을 이어간다. 그 결과 항생제에 내성을 지닌 집단이 생겨난다. 가능성을 감소시킨다  11.4 자연선택과 사람 건강 메티실린 내성 Staphylococcus aureus (MRSA) 흔한 세균이 위험한 병원체로 진화하였다  11.4 자연선택과 사람 건강 슈퍼세균 세균이 항생제 내성을 진화시킬 수 있다면, 사람은 M. tuberculosis에 대하여 내성을 진화시킬 수 있나? 이러한 진화가 일어나려면 무슨 형질과 조건이 필요한가?  11.4 자연선택과 사람 건강 슈퍼세균 세균이 항생제 내성을 진화시킬 수 있다면, 사람은 M. tuberculosis에 대하여 내성을 진화시킬 수 있나?  사람들은 면역력에 변이를 가지고 있다  내성이 진화되려면 집단 중 비내성 사람들은 사라져야 한다  그러나 비내성 사람들은 생존, 생식하고 있기 때문에 집단 내에서 사라지지 X 이 진화가 일어나려면 무슨 형질과 조건이 필요한가?  사람의 진화로 슈퍼세균 문제를 풀 수는 없다 (→ 대신 질병과 맞서 싸울 수 있는 두뇌를 가지고 있다!!)  학습 결과 복습  자연선택의 추론을 가능하게 하는 4가지 관찰  자연선택이 진화적 변화를 야기하는 이유  자연선택이 집단의 진화를 이끈다는 가설을 지지하는 증거  선택의 3가지 유형  자연선택에 대한 이해를 바탕으로 단일약물 요법과 복합약물 요법 THANK YOU [email protected]