9장. 감수분열과 유성생식

 이전 장에서 부모의 유전형질을 다음 세대로 전달하는 생명체의 유전 방식 즉 체세포 분열을 배웠다. 간략하게 정리하자면, 체세포 분열은 동물, 식물을 포함한 세포 내의 유전 방식이며, 이러한 방식을 통해 부모 세대는 복제를 통해 자신과 같은 형질을 자손 세대에게 물려준다. 모세포로부터 형질을 물려받은 자손 세대는 똑같은 형태로 다음 세대에게 전달을 반복함으로써 생물은 성장을 하게 된다. 각 종의 특성에 따라 차이점을 지니지만 유전이 진행되고 있다는 점에서는 같은 맥락을 지니고 있다. 그럼 이번 장에서는 부모 세대와 동일한 유전형질을 갖는 무성생식 즉 체세포 분열이 아니라 부모 세대와 비슷하지만 다양한 형질이 발현되는 감수분열에 대해 설명을 하려 한다.

 

 감수분열을 통해 각 종들은 유전적으로 어버이의 형질과 동일한 분열이 아닌 서로 다른 부모 양쪽의 형질을 받아 자손 세대에서 다양한 형질을 발현하고, 이를 토대로 자연선택을 택하며 진화적인 관점에서 변화의 기초를 확립할 수 있다. 체세포 분열과 달리 감수분열은 세포분열 이전에 한 번이 아닌 두 번에 걸쳐 염색체를 분리하여 나누게 된다. 이는 배우자 형성을 위한 최초의 과정이다. 우리가 잘 아는 것처럼 정자와 난자 같은 암수 배우자는 융합하여 새로운 개체를 만든다. 한 세포 내 염색체의 총합인 염색체 수는 체세포와 동일한 수로 시작을 하고, 세포가 2 배체 수를 가질 때, 서로 다른 성 염색체 한 쌍을 제외하고는 동일한 길이, 모양, 형태의 유전자 한 쌍을 양쪽의 부모 세대로부터 받는다. 우리는 이것을 상동염색체라고 부르며, 인간의 몸에는 23+23의 상동염색체를 지닌다. 이는 부모 세대 양쪽에서 동일하다. 감수분열은 체세포 분열과 비슷한 경향을 보이지만, 두 번의 연속적인 분열 과정을 거쳐 다른 결과물을 도출해낸다는 점에서 차이점을 보여주고 있다. 감수분열은 핵분열 사이 간기를 거치지 않고 총 2회에 걸쳐 분열을 한다. 제1 감수분열 시 복제된 각 염색체는 자기들의 상동염색체와 짝을 이뤄 정렬을 하고, 각 짝의 2개 염색체가 서로 정렬한 후 서로 떨어져 움직이게 된다.  각 상동염색체가 분리된 이후 세포질이 나눠지기 시작하며, 이 과정에서 생성된 두 딸세포는 반수체로 각 염색체 중 하나만을 가지게 된다. 다음 제2 감수분열을 하며, 각 염색체는 자신의 자매 염색분체와 분리하여 독립적인 염색체로 행동을 한다. 이때, 세포질은 한번 더 나뉘게 되고 독립적인 존재인 4개의 염색체로 분리된다. 이처럼 감수분열은 체세포 분열과 달리 분열기를 거치면서 기존 모세포로부터 받은 염색체 핵상이 절반으로 감소하지만 양쪽 부모 세대 각자의 유전 결합을 통해 체세포와 같은 수의 유전자 핵상을 갖기에 결과적으로 같은 수의 핵상을 유지할 수 있다. 쉽게 말해서 수컷과 암컷은 감수분열을 통해 자신의 자손에게 물려줄 절반짜리 염색체를 만들어낸다. 이 절반의 염색체를 지닌 세포는 수정이라는 과정을 통해 부모 세대와 같은 염색체 수로 회복된다. 만약 감수분열이 진행되지 않고 수정이 이루어진다면 각 새로운 세대는 염색체 수를 두 배로 받게 되어 오히려 더 복잡한 유전정보를 갖게 될 것이다. 그래서 부모 세대처럼 정상적인 개체를 얻으려면 양쪽으로부터 정밀하고 정확한 정보 전달이 필요하다. 

 

 그렇다면 감수분열은 어떻게 다양한 형질을 만들어내는 것일까? DNA의 복제가 일어나는 간기를 거치고 전기, 중기를 거치는 동안 각 쌍의 상동염색체는 염색체의 일부 가닥을 교환하는 교차를 진행한다. 이 교차 작용을 통해 염색체는 이전 세대에서는 존재하지 않던 새로운 형질을 얻게 되고, 다양한 유전자 구성을 갖게 된다. 쉽게 풀어 설명해보자면, A염색체와 a염색체 각자는 전기 기간 AA, aa로 DNA 복제를 하고 핵의 중심에 정렬을 한다. 이렇게 정렬된 염색체들은 제1 감수분열을 거치면서 자신의 상동염색체와 서로 염색체 교환을 하는 이형 분열을 통해 AA, Aa, aA, aa라는 다른 형질의 염색체를 만들어낸다.