1960년대에 처음 발견됐고, 1990년대부터 본격적인 발굴이 이루어진 괴베클리 테페(Göbekli Tepe) 유적은 무려 농경이 정착되기 전에 만들어진 구조물이었다.


그 정체가 밝혀진 후에 많은 고고학자를 소위 멘붕(?)으로 이끌었는데, 이 유적의 존재는 이제껏 알려진 역사적 흐름의 궤에 맞지 않았다. 심지어, 외계 생명체의 증거라는 뻘소리까지 있었으니 말 다했지.


그래도 과학은 오로지 객관적이며 반증 가능한 증거를 바탕으로 한 추론으로 뒷받침되는 것이니, 그에 걸맞게 이 유적의 존재를 설명하는 논문이 하나 나왔다. 이 번역문은 해당 논문을 소개하는 뉴스~


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원문: Carved human skulls found in ancient stone temple


홈이 파인 두개골이 고대 석전(石殿)에서 발견되다


By Andrew Curry Jun. 28, 2017, 2:00 PM


고고학자들이 터키 남동부의 12,000년 된 석전(石殿; 돌로 만들어진 신전)에서 놀랄만한 발견을 했다. 수만 점의 동물 뼈와 사람의 머리를 쥔 채 무릎 꿇고 있는 모습을 묘사하는 것 같은 조각상 사이에서, 피부가 벗겨진 채 앞에서 뒤로 깊게 일직선으로 홈이 파인 사람의 두개골 유해를 밝혀냈다.


그 조각물(彫刻物)은 그 지역의 고고학 기록에서 두개골 장식이 있었다는 최초의 증거다. “이건 완전히 새로운 거라서 근거로 삼을 모델이 없어요”라고 이 일에 참여하지 않은 워싱턴(Washington)주 왈라 왈라(Walla Walla)시에 소재한 위트만 대학(Whitman College)의 고고학자인 개리 롤프선(Gary Rollefson)이 말했다. 조각물의 목적은 분명치 않지만 아마도 고대 종교 관례의 한 부분이지 않았을까라고 그는 말했다. “(사람의 목을) 참수한 후에 의례적 재사용에 초점을 맞춘 것 같아요.”


괴베클리 테페(Göbekli Tepe)로 알려진 이 유적은 문명의 기원에 대한 고고학자의 사고방식을 바꾼 지 오래다. 시리아 국경에서 멀리 떨어지지 않고 주변 풍경을 한눈에 볼 수 있는 언덕에 위치한 이 유적은 원형의 돌무더기로 둘러싸였으며 많은 경우에 양각(陽刻, 또는 돋을새김)으로 새겨진 T자형의 높은 기둥이 있는 많은 수의 울타리를 뽐내고 있다. 그러한 (건축) 구조는 농경 또는 심지어 도자기가 출현하기도 전의 시기에 살았던 사람에게는 특별하다. 한때 연구자들은 농경이 초기 (인간) 사회에 식량 공급을 보증하고 난 후에야 복잡한 종교와 사회가 출현했다고 생각했다. 하지만, 대부분의 농경이 출현했던 시기보다 이전에 존재했던 괴베클리 테페 유적은 그 반대였다: 어떤 의식(儀式)을 위해 모이는 그 유적에서 일하는 사람에게 식량을 안정적으로 공급할 목적으로 수렵·채집인이 작물 길들이기를 시작했을 수 있다.


1990년대 중반에 이 유적의 발굴이 시작되었을 때, 고고학자들은 사람의 매장지(埋葬地)를 발견했다고 예상했다. 하지만 수만 개의 동물 뼈만 발견되었다. 그 안에 700여 조각의 사람 뼈가 그 사이에 돌과 자갈이 듬성듬성 채워진 틈 사이를 통해 흩뿌려져 섞여 있었다. “ “사람 뼛조각이 구조물 주변 도처 모든 지역에 흩어져 있었어요”라고 베를린(Berlin)에 있는 독일 고고학 연구소(the German Archaeological Institute)의 인류학자이자 팀 구성원인 율리아 그레스키(Julia Gresky)가 말했다. “각 사람에게 맞는 뼛조각을 한데 모을 수 없었죠.”



홈이 파인 두개골 가운데 하나. [출처] 독일 고고학 연구소



지금까지 분석이 이루어진 사람 뼛조각 가운데 절반 이상이 두개골에서 나왔다. 오늘 자 에 발표된 논문에서 그레스키와 그녀의 동료들은 세 개의 커다란 두개골 조각에 관해 설명했는데, 각각 크기는 손바닥만 했다. 뼈에 새겨진 절단 흔적은 누군가가 살가죽을 벗긴 다음에 앞에서 뒤로 일직선으로 깊게 파인 홈을 뼈에 새겼음을 뜻한다. 비록 반파되긴 했지만, 뼈 하나에는 구멍이 나 있었다. “그 조각물에 깊게 잘린 흔적이 많았는데, 누군가가 고의로 그랬다는 게 분명해요”라고 그레스키는 말했다.


또한, 사라지거나 참수된 머리가 그 유적의 석화(石畵; 돌에 새긴 그림)에 나와 있다. 일부 석상의 머리가 고의로 제거되거나 제작이 중단되었는데, 고고학자들은 “선물 전달자(Gift-bearer)”라고 명명한 조각상 하나가 사람의 머리를 쥔 채 무릎 꿇고 있는 모습을 묘사한다고 생각한다.


오늘날 터키 주변 지역인 아나톨리아(Anatolia)에서 최초의 사례가 발견되었지만, 두개골에 대한 관심은 오랜 전통의 일부였다. 예를 들어, 훨씬 더 남쪽에 있는 오늘날 이스라엘과 요르단에서, 괴베클리 테베의 유적이 있었던 시기 이전, 동시기, 그리고 그 이후 동안에 살았던 사람들은 몸에서 두개골을 잘라낸 다음, 매장을 위한 특정 은신처 또는 선반에 따로 놔뒀다. 몇몇은 석고 반죽으로 장식됐다. 하지만 괴베틀리 테페에서 일어난 일은 다르다. “뼛조각을 이런 식으로 처리하는 건 정말 독특해요. 홈이 파였거나 구멍이 났던 두개골에 대해서 아는 바가 없어요”라고 롤프선이 말했다.


그리고 비록 괴베클리 테페에서 발견된 조류, 육식동물류, 그리고 곤충류 등을 자세히 묘사한 많은 조각품과 돌에 새겨진 양각이 이들의 손재주와 예술가적 기교를 뽐낸 것이라고 주장하지만, 두개골의 흔적은 다른 형태의 조잡한 조각물에 속한 것처럼 보인다. “깊이 절개되었지만, 그리 썩 잘 된 건 아니죠. 누군가 자르고 싶었지만, 뭔가 장식을 위한 건 아니었어요“라고 그레스키가 말했다. “다른 식으로 흔적 내려고, 장식품을 박으려고, 또는 그 두개골을 어딘가에 걸어 두려고 그랬을 수도 있어요.”



그 지역에서 발견되는 다른 유물로, 목이 잘린 인간 석상과 (좌측) 양손에 사람 머리를 쥔 선물 전달자가 나와 있다.


목적이 무엇이든 간에, 그 조각물은 두개골에 외부자(outlier)라고 흔적을 남긴 것처럼 보이는데, 괴베클리 테페에서 발견된 수십 개의 다른 두개골 조각에는 홈을 새기거나 잘라낸 징후가 없기 때문이다. 이것은 두개골의 본래 소유자가 죽은 후 몇 가지 이유 때문에 이들의 두개골이 지목되었음을 암시한다. “정말 특별해요, 이들 세 명은 말이죠”라고 그레스키가 말했다. 그 두개골은 조상 숭배의 일부로써 또는 사망한 적의 유해를 과시하기 위한 트로피로써 전시되었을 수 있다.



UC 버클리(the University of California, Berkeley)의 고고학 연구기관에서 객원 연구원으로 있는 미쉘 보노고프스키(Michelle Bonogofsky)는 저자들이 자신들의 발견에 대한 해석을 너무 많이 끌고 갔다고 주장한다. 그 두개골이 무엇을 위한 것이라고 말할 증거가 충분치 않고, 결코 그럴 수도 없을 것이라면서, 그녀는 “기록을 남기기 이전에 수천 년의 시간이 흘러서, 알 수가 없어요. 그 흔적이 의도적인 것처럼 보일 수 있지만, 그 의도가 무엇인지 말할 수 없어요.”

고고학자들은 그러한 관례가 그곳에서 있었던 의식의 일상적인 부분이었는지 더 잘 이해하기 위해 더 많은 두개골 파편이 발견되길 바라고 있다. 그동안, 홈이 새겨진 두개골은 그 유적을 둘러싼 미스터리를 훨씬 더 깊어지게 한다. “우리는 표본이 더 늘어나길 계속 바라지만, 괴베틀리 테페와 함께 출토되는 모든 것이 우리가 과거에 생각했던 것을 파괴하고 있어요”라고 롤프선은 말했다. “이런 걸 찾아내는 건 좋지만, 그걸 이해하는 게 역시 좋을지도 모르죠.”



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올해 6월 초에 300,000년된 호모 사피엔스(Homo sapiens)의 화석이 발견되었다는 논문이 <Nature>에 두 편 발표됐다 [링크1] [링크 2]. 이 논문이 나오기 전까지 가장 오래된 호모 사피엔스는 동아프리카에서 발견된 약 200,000년 전의 것으로 알려졌는데, 이 발견 덕분에 호모 사피엔스의 출현이 훨씬 더 앞당겨졌다. 물론, 해부학적 형태를 놓고 본다면 오늘날 우리와 완전히 같은 모습이라고는 할 수 없지만, 그럼에도 핵심적인 부분만 놓고 본다면 (예를 들어, 두개골이라든지 뇌용적이라든지 등등) 오늘날 우리와 크게 다르진 않다고 생각한다. 아쉬운 점이 있다면, 이 화석에서 DNA를 뽑으려고 몇 번 시도했다가 실패했다는 것인데, DNA까지 분석할 수 있었다면 인류진화에 대해 더 많은 정보를 얻을 수 있었을지도 모른다. 역시, DNA를 추출하고 라이브러리를 만들기에 300,000년이란 시간은 너무 긴 시간인가? 모르지 ... 나중에 기술이 더 발전하면 가능할 수도 있겠다.


아무튼, 호모 플로레시엔시스(Homo floresiensis), 호모 날레디(Homo naledi)와 이 화석 덕분에 인류 진화의 역사가 꽤 복잡해지고 있다.


사족: 지명은 가급적 원어의 발음을 따르기도 했다. 예를 들어, "Jebel Irhoud"는 몇몇 기사에서 "제벨 이로드"로 표기하는데, 아랍어 발음에 따르면 "자발 익후드" 이런 비스무리한 식으로 표기하는 게 나을 것 같았다. 물론, 이것도 정확한 표기는 아니지만, ... 뭐 그렇다는 말이다.


마지막 단락에 번역이 이상한 곳이 있는데, 내가 잘 이해를 못한 건지, 아니면 글쓴이가 글을 이상하게 쓴 건지 (아마, 내가 잘 이해하지 못한 게 맞겠지 ...) 모르겠다. 아무튼, 대충 번역은 했놨는데, 나중에 제대로 이해하는 그날이 오면 아무말도 없이 수정하리라 ... !! 그리고 이 문장은 지워지겠지 ... 

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원제: On the origin of our species


우리 종(種)의 기원에 대해


CHRIS STRINGER & JULIA GALWAY-WITHAM


Nature 546, 212–214 (08 June 2017)


화석기록의 간극(間隙)은 호모 사피엔스(Homo sapiens)가 진화한 방식을 이해하는 데 제약이 되어왔다. 가장 오래됐다고 알려진 호모 사피엔스 화석이 모로코(Morocco)에서 발견된 일은 아프리카에서 일어난 인류진화에 대한 우리의 생각을 바꿀 수도 있다. Letters p.289 & p.293


현생 호모 사피엔스(modern Homo sapiens)는 화석 유골에서 인지할 수 있는 어떤 골격 특징을 공유한다. 여기에는 (뇌를 감싸는 두개골 부분인) 높고 둥근 두개(braincase, 頭蓋), 그 아래에 놓인 작은 안면(顔面, 또는 얼굴), (눈구멍 위의 뼈 능선[bone ridge]인) 작고 분리된 눈두덩(brow ridge)이 포함된다. 인류진화에서 있었던 사건에 대한 우리의 이해는 화석과 이용 가능한 DNA에 주로 근거한다. 하지만 호모 사피엔스가 호모(Homo) 속(屬) 내의 조상 인류로부터 언제 그리고 어디서 진화했는지에 관한 우리가 알고 있는 지식의 간극은 여전하다. 289쪽에서 후블린(Jean-Jacques Hublin)과 그의 동료는 가장 오래됐다고 알려진 호모 사피엔스 화석을 보고했으며, 이들 유골의 크기와 모양을 분석해 제시했다 [1]. 293쪽에는 리히터(Daniel Richter)와 그의 동료가 화석의 연대측정 근거를 제시했다 [2]. 관련된 석기도구와 함께 출토된 인간 화석은 호모 사피엔스 진화의 초기 단계에 대한 중대한 정보를 제시한다.


화석 유골에 따르면 초기 현생 호모 사피엔스가 약 200,000년 전 출현해 아프리카에 존재했으며, 이들 개체는 오늘날 인류와 비슷한 해부학적 구조를 가졌다고 나타난다 [3]. 하지만 현존하는 인간과 화석의 DNA를 분석한 결과에 따르면 우리 혈통이 근연종(close relative, 近緣種)인 유라시아(Eurasia)의 네안데르탈(Neanderthal)인과 데니소바(Denisova)인 혈통으로부터 500,000년보다도 훨씬 전에 분지한 것으로 나타났는데 [4], 최초로 확인된 초기 현생 호모 사피엔스보다도 상당히 더 오래됐다. 이러한 사실은 현대적인 골격 형질을 완전히 갖춘 개체가 출현하기 전에 현생인류의 특징보다는 그 대신에 고대인류의 (원시인류의) 특징을 좀 더 많이 가졌던 호모 사피엔스 혈통의 초기 구성원이 존재했음을 암시할 수 있다. 지금까지 그런 화석을 찾아내기란 어려웠었다.


인류 화석이 아프리카 북서부에 위치한 모로코(Morocco)의 자발 익후드(Jebel Irhoud)에서 네안데르탈인 유적과 관련된 유물 이름인 ‘무스테리안(Mousterian)’으로 묘사된 석기도구와 함께 1961년과 1962년 사이에 회수되었다 [5] [그림 1]. (지금은 잘못된 생각인) 현생인류가 네안데르탈인 조상으로부터 진화했다는 당시의 대중적 관점을 고려해서, 이 화석은 아프리카의 네안데르탈인이라고 불렸다. 이들은 약 40,000년 전에 살았다고 추정되었다 [6]. 1970년대에 수행된 화석 크기 및 모양 분석은 두개골 하나가 네안데르탈인과는 매우 다른 안면 구조를 지니고 있으며 오히려 호모 사피엔스와 상당히 닮았다고 보고했다 [7]. 하지만 이 화석은 비교적 최근의 화석이라고 생각했기 때문에 후기 호모 사피엔스의 잠재적인 조상으로서는 생각하지 않았다 [7].


1968년에 어린아이의 턱뼈가 같은 장소에서 발견됐으며, 치아를 분석한 결과에 따르면 현생인류를 닮은 성장 양상을 보였다 [8]. 현생인류는 호모 에렉투스(Homo erectus)나 네안데르탈인과 같은 고대인류보다 훨씬 더 천천히 그리고 오랜 시기에 걸쳐 성숙하기 때문에 이러한 사실은 의미가 있었다 [8, 9]. 현생인류를 훨씬 더 닮은 인간 화석이 비슷한 연대의 동아프리카 유적에서 발견되었기 때문에 [10], 자발 익후드 화석이 아프리카 위치를 고려했을 때 별로 중요하지 않으며 호모 사피엔스의 기원에 대해서는 지엽적이라는 관점이 끈질기게 지속됐다.


그림 1 | 두개골 모양의 차이. 고대 두개골의 구조적 차이로 진화 단계를 설명할 수 있다. 원래 두개골의 복제 주형이 그림에 나와 있다. a, 스페인(Spain)의 시마 델 로스 우에소스(Sima de los Huesos)에서 발견된 약 430,000년 된 두개골은 네안데르탈인의 초기 형태를 대표한다고 생각된다. 시마(Sima) 두개골에서는 가장 최근의 네안데르탈인에서 관찰되는 특징적인 눈두덩 모양과 같은 몇몇 형질이 나타나지만, 후기 네안데르탈인에서는 나타나지 않은 훨씬 더 넓은 안면 및 평균적으로 더 작은 뇌 크기와 같은 조상의 특징 또한 여전히 더 많이 유지하고 있다. b, 라 페가지(La Ferrassie)에서 발견된 약 60,000–40,000년 된 두개골은 후기 네안데르탈인의 사례 가운데 하나다. c, 후블린과 리히터는 호모 사피엔스 진화의 초기 단계를 대표할 수 있는 350,000–280,000년 된 화석을 모로코의 자발 익후드에서 발굴해 보고했다 [1, 2]. 이전에 이곳에서 발견된 자발 익후드 화석의 안면 모양은 섬세한 광대뼈처럼 현생인류의 신체구조와 더욱 비슷한 것처럼 보인다 [5]. 하지만, (뇌를 둘러싼 두개골 부분인) 두개(頭蓋) 모양은 형태 측면에서 고대인을 닮았으며, 현생 호모 사피엔스보다는 덜 둥글고 길쭉한 모습이다. d, 프랑스의 아브리 빠뚜(Abri Pataud)에서 발견된 약 200,000년 된 호모 사피엔스는 둥그런 두개를 가진다 [16]. 축적막대, 5 cm.



그림 2 | 모로코의 자발 익후드. 후블린과 리히터가 조사한 유적의 전경 [1, 2]. 초기 인간이 그 지역에 거주했을 때 여기는 동굴이었을 테지만, 이곳을 뒤덮은 암석과 많은 퇴적물은 1960년대에 그 지역에서 이루어진 작업으로 제거되었다.



후블린과 리히터가 보고한 자발 익후드 발굴로 추가적인 석기도구와 인간 화석을 밝혀졌는데, 여기에는 부분적인 두개골 뼈와 아래턱뼈가 포함된다. 1960년대에 회수된 화석과 함께 이들 발견물을 분석한 결과, 적어도 5명분의 개별 화석이 확인되었다. 저자들이 밝히길, 부싯돌과 인간 치아를 분석했을 때 이들 화석은 약 350,000–280,000년 전으로 거슬러 올라가는 지층에 모여 있었다. 연대측정 기술의 개선, 특히 발광 연대측정법(luminescence dating) 덕분에, 모든 표본이 발굴되었던 이 지층은 과거 생각했던 것보다 대략 두 배는 더 오래된 것으로 밝혀졌다.


저자들이 발견한 도구는 (약 300,000–40,000년 전인) 중석기 시대의 것으로 지정되었으며, 아마도 불의 사용 및 제어가 있었음을 가리키는 인간에 의한 변형 및 숯에 대한 증거를 보여주는 동물상(fauna, 動物相)과 함께 발견되었다. 비슷한 중석기 시대의 유물이 아프리카 남동부 유적에서 보고된 적이 있지만, 이들 유물은 자발 익후드의 것보다 일관되게 오래되지 않았다. 화석과 도구에 대한 확실한 연대를 고려한다면 자발 익후드 유적은 가장 오래되었다고 알려진 중석기 시대의 호모 사피엔스 관련 유적과 유물을 대표한다. 북아프리카의 사하라 사막은 오늘날 사람이 살 수 없는 곳이지만, 동물상 증거와 고대 기후의 모델링에 따르면 이 지역을 가로질러 이동할 수 있었던 시기가 있었으며, 이 때문에 아마도 인간 및 이들이 소유한 기술이 대륙을 가로질러 있었으리라고 제시했다 [11]. 이런 주장과는 다르게, 중석기 시대의 기술은 아프리카의 다양한 지역에서 독립적으로 출현한 것 같다는 가설도 있다.


후블린과 그의 동료는 발굴한 화석을 1,800,000–150,000년 전 사이의 고대인류 친족의 화석, 과거 130,000년 전의 호모 사피엔스 화석, 그리고 네안데르탈인 화석과 비교하기 위해 모양분석 통계법(shape-analysis statistical technique)을 사용했다. 안면부에 대해서, 네안데르탈인과 다른 인간 화석 대부분은 자발 익후드 표본과 분명히 구별되는데, 이 표본은 현생 호모 사피엔스와 매우 비슷했다. 또한, 자발 익후드에서 발굴된 아래턱뼈 화석은, 비록 훨씬 더 클지라도, 현생 호모 사피엔스 턱과 비슷한 모양을 나타냈다. 하지만, 자발 익후드의 화석은 특히 눈두덩 크기에서 구조적인 차이를 일부 보였는데, 이것은 아마도 종(種) 내 성 차이와 관련되었으리라 추측된다.


자발 익후드 화석의 두개뼈는 과거 130,000년 전 이내의 호모 사피엔스 화석의 두개뼈와 비교했을 때 길쭉한 모양과 낮은 높이 같은 고대인의 특징 일부를 유지하고 있다. 이들 고대인 두개뼈의 내부 모양은 고대인 그리고 상대적으로 현생인류와 좀 더 비슷해 보이는 화석의 중간에 해당하지만, 탄자니아(Tanzania)의 래톨리(Laetoli)에서 출토된 후반기의 고대 호모 사피엔스 그리고 이스라엘(Israel)의 카프체(Qafzeh)에서 발굴된 초기 현생 호모 사피엔스와 가장 비슷하다 [10, 11]. 아마도, 지난 130,000년 동안 호모 사피엔스의 특징인 둥그런 뇌 모양의 진화를 이끈 궤적이 시작된 시기 근처에 있었던 (해부학적) 구조를 대표하리라 생각한다 [1].


자발 익후드의 화석이 호모 사피엔스 진화에서 초창기 ‘선(先)-현생화(pre-modern)’ 단계의 연대가 가장 잘 측정된 증거를 대표한다는 점에서 후블린과 그의 동료가 내놓은 주장에 동의한다. 스페인 아따뿌에르까(Atapuerca)에서 발굴된 초창기 네안데르탈인인 시마 델 로스 우에소스 화석이 네안데르탈인의 진화적 발달에 통찰을 제공해왔던 방식과 동일하게, 이들 표본은 아마도 우리 종의 진화를 분명히 밝힐 수 있는 호모 사피엔스 혈통의 초창기를 대표하는 구성원 같다.


저자들은 자발 익후드 화석이 아프리카 전역을 통틀어 진행된 호모 사피엔스 진화를 이해하는 데 도움을 줄 수 있으리라고 제안한다. 두 개의 두개골이 가진 안면부 형태는 오늘날 호모 사피엔스에게 발견되는 것보다 더 큰 것처럼 보이는데, 후블린과 그의 동료는 때때로 초기 호모 사피엔스로 분류되는 남아프리카에서 발견된 대략 260,000년 된 플로리스배드(Florisbad) 화석과 비교했다 [10]. 하지만, 현생인류의 섬세한 안면부가 우리의 가계도에서 비(非)사피엔스 조상으로부터 물려받았을 가능성이 점점 더 있어 보인다 [10]. 만일 그렇다면, 익후드와 플로리스배드 화석 사이의 그런 유사성은 아프리카를 전역에서 나타나는 친족성을 가리킨다기보다는 원시 조상의 특징이 비슷하게 유지되어 나타났을 수 있다. 우리는 현재 이 당시의 사하라 주변 또는 그곳을 가로질러 나타났던 인간 사이의 연결에 관한 자료가 없으므로, 자발 익후드 집단이 어떻게 고립된 채로 있었는지 알지 못한다. 더욱이, 자발 익후드 출토물과 이스라엘의 주티예(Zuttiyeh) 및 타분(Tabun)에서 출토된 화석 사이의 유사성은 300,000년 전 아프리카 주변부의 회랑(回廊)이 아프리카 북부와 아시아 서부를 주기적으로 연결했을 수 있음을 상기시킨다 [13, 14].


후블린과 그의 동료는 ‘고대(archaic)’ 또는 ‘해부학적 현생(anatomically modern)’으로 화석을 설명하는 용어처럼 호모 사피엔스 진화의 분명한 경계를 설정하는 것은 화석기록이 개선됨에 따라 사라지리라 제시한다. 비록 지난달에 보고된 것처럼 [15] 남아프리카의 원시 종(種)인 호모 날레디(Homo naledi)의 연대가 약 300,000년 전임을 포함해 고대인류와 현생인류가 아프리카 대륙 전역에 걸쳐 함께 존재했던 기간이 더 연장된 상황에서, 이들이 찾아낸 화석 증거가 (이러한 연장된 중첩 시기에) 추가된다 할지라도, 그들이 맞을 가능성이 있다. 아마도, 추가적인 연대측정 연구가 이들의 함께 존재했던 시기와 현생인류의 진화를 이끌었던 과정을 분명히 밝힐 것이다. 저자들은 오늘날 인간의 둥그런 뇌 모양이 비교적 최근에 진화했을 수 있으며, 이것 때문에 뇌가 인간 현대성(human modernity)의 특징을 정의하는 잠재력을 부여받았다고 제안한다. 뇌 크기와 모양 모두가 적어도 400,000년 동안의 시기에 걸쳐 네안데르탈인과 호모 사피엔스 혈통을 따라 독립적으로 그리고 동시에 진화했을 가능성을 고려한다면, 이것은 인지(認知)의 차이가 그 시기 동안 두 종 사이에서 생겨났을 가능성을 또한 시사한다.


참고문헌

  1. Hublin, J.-J. et al. Nature 546, 289–292 (2017).
  2. Richter, D. et al. Nature 546, 293–296 (2017).
  3. Brown, F. H., McDougall, I. & Fleagle, J. G. J. Hum. Evol. 63, 577–585 (2012).
  4. Meyer, M. et al. Nature 531, 504–507 (2016).
  5. Ennouchi, E. ĽAnthropologie 66, 279–299 (1962).
  6. Briggs, L. C. Am. J. Phys. Anthropol. 29, 377–385 (1968).
  7. Stringer, C. B. in Origins of Anatomically Modern Humans (eds Nitecki, M. H. & Nitecki, D. V.) 149–172 (Springer, 1994).
  8. Smith, T. M. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 104, 6128–6133 (2007).
  9. Grün, R. & Stringer, C. B. Archaeometry 33, 153–199 (1991).
  10. Stringer, C. B. Phil. Trans. R. Soc. B 371, 20150237 (2016).
  11. Larrasoaña, J. C. in Modern Origins: A North African Perspective (eds Hublin, J.-J. & McPherron, S. P.) 19–34 (Springer, 2012).
  12. Arsuaga, J. L. et al. Science 344, 1358–1363 (2014).
  13. Freidline, S. E., Gunz, P., Janković, I., Harvati, K. & Hublin, J.-J. J. Hum. Evol. 62, 225–241 (2012).
  14. Rak, Y., Ginzburg, A. & Geffen, E. Am. J. Phys. Anthropol. 119, 199–204 (2002).
  15. Berger, L. R., Hawks, J., Dirks, P. H. G. M., Elliott, M. & Roberts, E. M. eLife 6, e24234 (2017).
  16. Oakley, K. P., Campbell, B. G. & Molleson, T. I. Catalogue of Fossil Hominids:Part II, Europe (Br. Mus. Nat. Hist., 1971).





Posted by metas :


2011년 캐나다 앨버타의 밀레니엄 광산에서 온전한 외형을 지닌 1억 1천만 년 전의 공룡화석이 발견된 적이 있다고 합니다. 조각상 ... 아닙니다. 이건 노도사우루스(nodosaur) 화석이예요 ... 화석! [링크]


그리고 최근 들어 캐나다의 Royal Tyrrell Museum of Paleontology에서 이 화석을 공개했다는 소식이 떴습니다. [링크] 캐나다에 있었으면 한 번 보러갔을텐데 .... (....) ... 아쉽 ....


제가 고생물학 전공은 아니지만 (전공보다 더 열심히 하는 것은 공공연한 비밀...) ... 지나가다 한 번쯤 마주칠 수 있는 평범한 덕후로써 말씀드리자면 ... 이런 화석을 발견하는 건 (뉴스에서도 언급했듯이) 복권에 당첨되는 것보다 더 어렵습니다. 차라리, 길에서 100원짜리 동전 줍는 확률이 더 높을 듯?


아무튼, 기쁜 마음으로 아쉬움을 담아(?) 기사를 번역해 공유합니다.


사족 1: 아프리카 열대우림지대에서 공룡이나 고인류 화석이 발견되면 정말 최고일텐데 .... 그럴 일은 거의 없을테니 ... (...)

사족 2: 1억 년 전의 화석 뼈에서 DNA를 추출하기엔 아직 무리일까? 10만 년 된 뼈에서 DNA를 추출하는 것도 아직 버거운데 말이죠. 그래도 시간이 흘러 기술이 발전하면 1억 년 전의 공룡 뼈에서도 DNA를 추출해 라이브러리를 만들어 시퀀싱을 할 수 있는 그런 날이 올지도 모르죠. 아 ... 이건 불가능에 가까운가? -_-


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원제: 「A New Dinosaur Fossil Found in Alberta Is So Well-Preserved It Looks Like a Statue


앨버타(Alberta)에서 발견된 새로운 공룡 화석이 너무 잘 보존되어 있어서 마치 조각상처럼 보인다.


“복권에 당첨되는 것만큼 드문 일이다”


TRAVIS M. ANDREWS, WASHINGTON POST, 12 MAY 2017


박물관에서 알아볼 수 있는 무언가로 조립되기 전에, 대부분의 공룡 화석은 평범한 관찰자에겐 흔한 암석에 불과한 것처럼 보인다. 하지만 그 누구도 1억 1천만 년 이상 된 노도사우루스(nodosaur) 화석을 평범한 돌과 혼동하진 않을 것이다.


캐나다(Canada)의 왕립 티렐 고생물학 박물관(Tyrrell Museum of Paleontology)에서 오늘 공개된 그 화석은 너무 잘 보존되어 있어서 마치 조각상처럼 보인다.


심지어 더욱 놀라운 것은 <내셔널지오그래픽(National Geographic)> 6월호에서 밝힌 것처럼 이 화석이 우연히 발견되었다는 점이다.


2011년 3월 21일, 숀 펑크(Shawn Funk)가 “주변 암석보다 훨씬 더 단단한 무언가”를 내리쳤을 때, 그는 앨버타(Alberta)의 밀레니엄 광산(Millennium Mine)에서 굴착기로 땅을 파고 있었다.


가까이서 자세히 살펴보니 그 물체는 숀 펑크가 봐왔던 돌과는 딴판이었으며, 마치 “모래로 뒤덮인 갈색 디스크가 열을 맞춰 포금(砲金)이 섞인 회색 돌에 각각 고리처럼 끼워진 듯” 했다.


그가 발견했던 것은 2,500 파운드짜리 (즉, 1,130 kg) 공룡 화석이었으며, 곧바로 앨버타에 있는 박물관으로 운반되어 기술자들이 화석화된 뼈 외부의 암석을 긁어낸 후 전문가들이 그 표본을 조사했다.


로버트 클라크(Robert Clark) / 내셔널지오그래픽


“내 눈을 믿을 수가 없었어요. 그건 공룡이에요.” 박물관의 공룡 큐레이터인 도널드 헨더슨(Donald Henderson)이 <앨버타 오일 매거진(Alberta Oil Magazine)>에서 말했다.


“그 사진을 처음 봤을 때 (흔하게 발견되는 해양 파충류인) 플레시오사우루스를 볼 것 같다고 확신했어요.” 훨씬 더 특별히 말하자면, 그 화석은—스미스소니언(Smithsonian)의 설명에 따르면 백악기 동안 살았던 중무장한 앙킬로사우루스(ankylosaur)의 하위집단에 속하는 구성원인—노도사우루스의 주둥이와 둔부를 아우르는 부위였다.


네 발로 움직였던 이러한 육중한 초식동물 무리는 아마도 도마뱀과 사자를 혼합한 것과 닮아 보이지만, 몸은 비늘로 덮여 있었을 것이다.


로버트 클라크(Robert Clark) / 내셔널지오그래픽


앙킬로사우루스 하위집단의 사촌과는 다르게, 노도사우루스는 꼬리 끝에 뼈로 된 곤봉이 없으며, 스미스소니언 자연사 박물관(the Smithsonian Museum of Natural History)의 설명에 따르면 장갑판, 두꺼운 혹(knob) 그리고 장갑판 측면을 따라 나 있는 20 인치 (50 cm) 길이의 가시(spike) 두 개를 방어를 위해 대신 사용한다. “얘네들은 다리가 네 개 달린 탱크 같아요”, 공룡 사냥꾼인 레이 스탠포드(Ray Stanford)가 2012년 <워싱턴 포스트The Washington Post)>에서 말했다.


뉴스 보도에 따르면 이 특별한 화석은 길이가 18 피트(5.4 m)에 무게는 약 3,000 파운드 (1,360 kg) 정도 나간다.


마이클 그레쉬코(Michael Greshko)가 <내셔널지오그래픽>에 기고한 글에 따르면, 그 정도 수준의 보존은 “복권에 당첨되는 것만큼이나 드문 일이다”. 그리고 다음과 같이 썼다:


“보면 볼수록 놀라운 생각이 들어요. 화석화된 피부 흔적이 공룡의 두개골에 점점이 퍼진 울퉁불퉁한 장갑판을 덮고 있어요. 오른쪽 앞발이 측면에 배치해 있고, 다섯 개의 발가락이 위를 향해 펼쳐져 있어요. 발바닥에 있는 비늘을 셀 수도 있죠.”

박물관의 박사후연구원인 캘럽 브라운(Caleb Brown)이 내가 놀라는 모습을 보고 싱긋 웃었다. 그리고는 “우리가 단지 뼈만 가진 건 아니죠”라며 나중에 말했다. “본연 그대로의 공룡이에요.”


이처럼 특별한 공룡이 아주 잘 보존된 이유는 뜻밖의 행운 때문일 수도 있다. (글쎄, 아마도 불쌍한 노도사우루스에겐 뜻밖의 불행 아닐까?)


결국, 바다로 떠내려 흘러가 버린 그 육상 생명체는—그 공룡이 발견된 광산이 한때 있었던—바닥으로 가라앉았다. 연구자들은 강변에서 물을 마시던 공룡이 홍수 때문에 강물에 휩쓸렸다고 믿는다.


거기서, 미네랄이 “재빨리 피부와 장갑판에 침투해 몸 전체를 부드럽게 감싸 안았고, 그 결과로 영겁(永劫)의 가치를 지닌 암석이 죽은 공룡 위에 차곡히 쌓였기 때문에 노도사우루스의 진정한 모습이 유지될 수 있었다.”


특히 이빨과 뼛조각이 훨씬 더 자주 발견된다는 것을 고려한다면, 노도사우루스 화석은 연구자에게 은혜나 마찬가지다.


“심지어 부분적으로는 완전한 뼈조차도 찾기 어렵다”고 스미스소니언은 보고했다.





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원제: 「An Expanded View of Complex Traits: From Polygenic to Omnigenic


복합형질에 대한 확장된 관점: 다유전자성에서 전유전자성까지


Evan A. Boyle, Yang I. Li, and Jonathan K. Pritchard


2017. Cell 169(7): 1177-1186.


유전학의 중요한 목표는 유전자 변이(genetic variation)와 질병 사이의 관련성을 이해하는 것이다. 직관적으로 봤을 때, 누군가는 질병을 일으키는 변이체(variant, 變異體)가 질병의 병인(病因)을 일으키는 핵심 기전(key pathway)에 한 데 모여 있으리라 예상할 수도 모른다. 하지만 복합형질(complex trait, 複合形質)에 대한 연관신호(association signal)는 유전체(genome, 誘電體) 대부분에 퍼져 있는 경향이 있는데, 여기에는 질병과 명백히 연결되어 있지 않은 수많은 유전자 인근도 포함된다. 우리는 1) 유전자 조절 네트워크(gene regulatory network)가 충분히 상호 연결되어 있어서 질병 관련 세포에서 발현되는 모든 유전자가 질병 관련 핵심 유전자(core gene)의 기능에 영향을 줄 수 있고 2) 유전가능성(heritability, 遺傳可能性) 대부분은 핵심 기전 바깥에 있는 유전자에 대한 영향으로 설명할 수 있음을 제안한다. 우리는 이러한 가설을 전유전자성(omnigenic, 全遺傳子性) 모델로 부른다.


유전학에서 가장 오래 지속된 질문은 유전자 변이(genetic variation)가 표현형 변이(phenotypic variation)에 어떻게 기여하는지 이해하는 것이다. 1900년대 초반에—멘델(Gregor Mendel)의 완두콩 유전 연구에 영감을 받아 불연속적인 단일 유전자성 표현형(monogenic phenotype)에 초점을 맞췄던—멘델학파와 키와 같은 연속형질(continuous trait)의 유전에 관심이 있었던 생체 통계학자(biometrician) 사이에 격렬한 논쟁이 있었다. 생체 통계학자는 멘델 유전학이 인간을 위시한 여러 종(種)의 많은 형질에서 관찰되는 변이의 연속분포를 설명할 수 없다고 믿었다.


이러한 논쟁은 1918년 발표된 피셔(Sir Ronald Aylmer Fisher)의 독창적인 논문으로 해결되었는데, 이 논문에서 피셔는 만일 많은 유전자가 어떤 형질에 영향을 준다면, 각 유전자의 대립유전자(allele, 對立遺傳子)를 임의로 추출할 때 개체군에서 연속정규분포를 따르는 표현형(phenotype, 表現型)이 나타남을 보였다 [Fisher, 1918]. 유전자 수가 더 많이 증가할수록 각 유전자의 (표현형에 대한) 기여도는 그에 상응해 점점 줄어들면, 피셔의 유명한 “극소모델(infinitesimal model)”의 한계가 나타난다 [Barton et al., 2016].


특히 동·식물의 번식과 같은 유전 양상(inheritance pattern)을 설명하는 데 있어서 극소모델이 성공적이었다 할지라도, 얼마나 많은 유전자가 복합형질을 만들어내는 데 실제로 중요한 역할을 하는지는 20세기 전체를 통틀어도 명확하지 않았다. 실제로도, 인간 유전학자는 심지어 복합형질조차도 적당히 영향을 주는 소수의 유전자좌(locus, 遺傳子座)를 통해 만들어질 것이라고 예상했다—따라서 돌이켜 생각해 보면 상당히 뒷심 없는 (유전체) 맵핑(mapping) 연구가 정말 많이 출현했다. 예를 들어, 자폐증 형제가 공유하는 대립유전자를 분석한 1999년의 우아한(elegant) 어떤 연구는 특별히 유의미한 적중 결과가 없음에도 “(아마도 15개 이상의) “상당히 많은 유전자좌”가 (이들 형제 사이에) 있음이 틀림없다고 결론지었다. 그 당시에는 이러한 예측 결과가 두드러지게 높았지만, 지금은 기이하게도 매우 낮은 것처럼 보인다 [Risch et al., 1999; Weiner et al., 2016].


대략 2006년 이후부터, 전체 유전체 연관 연구(genome-wide association study; 이하 GWAS) 및 가장 최근의 엑솜 시퀀싱(exome sequencing) 출현 덕분에 복합형질의 유전학적 근거를 처음으로 상세히 이해하게 되었다. GWAS 시대의 초창기 놀라운 발견 가운데 하나는 일반적인 형질에 대해 심지어 유전체에서 가장 중요한 유전자좌일지라도 작은 효과크기(effect size)를 나타냈으며, 더불어 유의미한 적중 결과일지라도 예상되는 유전자분산(genetic variance, 遺傳子分散)을 제한적으로만 설명한다는 점이다. 이러한 점은 잃어버린 유전가능성(missing heritability)의 미스터리(mystery)로 언급된 적이 있다 [Manolio et al., 2009]. 훗날, 그 미스터리는 전체 유전체 수준의 통계적 유의성보다 충분히 낮은 효과크기를 지닌 공통 단일염기 다형성(single-nucleotide polymorphism; 이하 SNP)이 여러 형질의 “잃어버린 유전가능성” 대부분을 설명함을 보인 분석 덕분에 대부분 해결됐다 [Yang et al., 2010; Shi et al., 2016]. 더 큰 효과크기를 지닌 희소 변이체(rare variant) 또한 유전자분산에 기여하는데 [Marouli et al., 2017], 자폐증 및 조현병과 같은 [De Rubeis et al., 2014; Fromer et al., 2014; Purcell et al., 2014] 주요 적응도 예후(major fitness consequence)를 수반하는 질병에서 특히 그러하다 [Simons et al., 2014].


두 번째로 놀라운 점은—단백질 코딩(coding) 유전자의 변화가 주요 원인인 [Botstein and Risch, 2003]—멘델 유전질환(Mendelian disease)과는 대조적으로 복합형질이 유전자 발현에 영향을 미치는 논코딩 변이체(noncoding variant)에 의해 만들어진다는 것이다 [Pickrell, 2014; Welter et al., 2014; Li et al., 2016]. 확실히, 많은 연구는 질병 관련 세포형(cell type, 細胞形)의 프로모터(promoter) 및 증폭자(enhancer)와 같은 활성 염색질(chromatin, 染色質) 지역에 유의미한 변이체가 많이 존재함을 보였다. 예를 들어, 자가면역 질환에 대한 위험 변이체(risk variant)는 면역세포의 활성 염색질 지역에 특히 많이 존재하는 것으로 보인다 [Maurano et al.; 2012; Farh et al., 2015; Kundaje et al., 2015].


이러한 관찰 결과는 질병 발병 위험(disease risk)을 일으키는 핵심 유전자와 조절 기전에 대한 약한 영향이 누적되어 복합질환이 발생한다는 패러다임(paradigm)으로 보통 해석된다 [Furlong, 2013; Chakravarti and Turner, 2016]. 이러한 모델은 질병 연관 개별 변이체의 기능적 영향을 규명하는 것 [Smemo et al., 2014; Sekar et al., 2016] 또는 (스크리닝[screening] 또는 대단위 분석을 통해) 적중된 후보 유전물질을 한데 모아 핵심 질병 기전 및 과정을 규명하는 것을 [Califano et al., 2012; Jostins et al., 2012; Wood et al., 2014; Krumm et al., 2015] 목표로 하는 많은 연구에 동기를 부여해왔다. 일부 질병에서는 선도 적중 결과(leading hit)가 (질병 발병 과정에서) 특정 분자생물학적 과정을 강조하는데 실제로도 일조했다—예를 들어, 자가포식(autophagy, 自家飽食)이 크론병(Crohn’s disease) [Jostins et al., 2012] 및 지방세포 열 발생(adipocyte thermogenesis)에서 [Claussnitzer et al., 2015] 하는 역할과 비만(obesity)에서 중추신경계(central nervous system) 유전자가 하는 역할의 [Locke et al., 2015] 규명 등을 들 수 있다. 하지만 이러한 가장 초기 연구의 성공에도 불구하고, 우리는 질병 관련 유전자에 존재하는 (유전자 변이) 신호가 놀랍게도 전체적으로는 미미하며 이 때문에 복합질환에 대한 지배적인 개념 모델이 불완전하다고 주장한다. 우리는 현재 이용 가능한 자료에서 이 주제와 관련 있는 연구 성과 몇몇을 집중해 강조하며, 이들 연구가 복합형질의 유전자 아키텍처(genetic architecture)에 관해 우리에게 말하고자 하는 바를 논의한다.


신호의 유전체 전역 분포

GWAS분야의 초기 종사자들은 가장 강한 유전자 연관(genetic association)이 대부분의 형질에 대한 유전자 분산의 아주 일부만 설명할 수 있다는 점을 발견하고 깜짝 놀랐다 [Manolio et al., 2009]. 이러한 발견은 작은 효과크기를 지닌 개별 원인 유전자좌(casual locus)가 반드시 많이 있어야만 함을 암시하는 것으로 생각했다 [Goldstein, 2009]. 곧 진행된 후속 분석 연구에서도 조현병 사례에서 (이를 뒷받침하는) 직접적인 증거를 제시됐고 [Purcell et al., 2009], 이와 더불어 예측되는 유전가능성의 상당 부분이 공통 변이체로 설명될 수 있다고 나타났다 [Yang et al., 2010]. 가장 큰 영향을 주는 공통 변이체 및 가장 높은 발현율을 보이는 희소 변이체 모두의 중요성 측면에서 (두 변이체의 영향을 받은) 형질은 상당한 편차를 보이지만 [Loh et al., 2015; Shi et al., 2016; Sullivan et al., 2017], 매우 다양한 형질 전체를 통틀어 다유전자성 영향(polygenic effect)이 중요하다는 사실은 이제 명백하다 [Shi et al., 2016; Weiner et al., 2016].


지금까지 연구가 이루어졌던 핵심 질문 하나는 원인 변이체가 유전체 전역에 널리 퍼진 정도 또는 이들이 질병 관련 기전에 응집해 있는 정도이다. 하지만 각 염색체가 기여하는 유전가능성은 염색체의 물리적 길이와 밀접하게 비례하는 경향이 있음이 알려졌는데 [Visscher et al., 2006; Shi et al., 2016], 이것은 원인 변이체가 꽤 일정하게 분포해 있을 수 있음을 암시한다. 그리고 최근 자료에 따르면 원인 변이체가 놀랍게도 심지어 더욱 촘촘하게 분포할 수 있다고 나타난다. 프라이스(Alkes Price)와 그 동료들의 연구에 따르면 유전체에서 (분석을 위해 유전체를 1 Mb씩 나눈 단위인) 1-Mb 윈도우(window)의 71-100%가 조현병의 유전가능성에 기여한다고 추정되었다 [Loh et al., 2015].



그림 1 | 전체 유전체 수준의 키 연관 신호 (A) 키에 대한 GWAS에서 산출한 작은 p 값(p-value)의 전체 유전체 수준의 팽창 정도를 나타낸 그래프로, 1) 발현 양적 형질 유전자좌(expression quantitative trait locus; 이하 eQTL)와 2) 히스톤(histone) H3 단백질의 27번 리신(lysine)이 아세틸화(acetylation)된 활성 염색질[H3K27ac]의 단일염기 다형성(single-nucleotide polymorphism; 이하 SNP) 중에서 특히 많이 존재한다 (B) 연관불균형(linkage disequilibrium; 이하 LD) 점수의 (즉, 각각의 SNP로 표지된 SNP의 유효숫자[effective number]의 [Bulik-Sullivan et al., 2015b]) 함수로써, 키에 대한 논제로 영향(non-zero effect)와 연관된 SNP의 추정량 [Stephens, 2017]. 각각의 점은 모든 SNP의 1%에 해당하는 빈(bin)을 대표하며, LD 점수로 정렬되었다. 전체적으로, 모든 SNP 가운데 62%가 키에 대해 논제로 영향과 연관되어 있다고 추정된다. 최적합선(best-fit line)에 따르면 3.8%의 SNP가 인과적 영향을 준다고 추정된다. (C) SNP에 대한 평균 효과크기 추정으로, GIANT(Genetic Investigation of ANthropometric Traits)로 알아낸 영향의 방향에 따라 GIANT p 값으로 정렬되었다. 반복 효과크기(replication effect size)는 건강과 퇴직 연구(the Health and Retirement Study; 이하 HRS)의 자료를 사용해 추정했다. 점들은 p 값으로 정렬된 목록에 있는 연이은 SNP 1,000개의 평균을 나타낸다. 유전체의 SNP 중앙값에 대한 효과크기는 전체 유전체의 유의미한 적중 결과에 대한 중앙값의 약 10%에 해당한다.



여기서 우리는 매우 큰 GWAS 데이터세트(dataset)를 이용할 수 있는 두 번째 사례—즉, 키—를 살피고자 한다. 때때로 키는 전형적인 다유전자성(polygenic) 형질로 간주되지만, 최근 연구에 따르면 키의 유전자 아키텍처(genetic architecture)가 비만 또는 자가면역 질환에서 체질량 지수(body mass index, 이하 BMI; 體質量指數) 또는 콜레스테롤 수치를 아우르는 매우 다양한 양적 형질(quantitative trait)의 아키텍처와 실제로 폭넓게 비슷한 것으로 나타난다. 따라서 우리는 키를 통해 많은 복합형질에서 전형적으로 나타나는 극단적인 다유전자성(polygenicity, 多遺傳子性)을 설명하고자 한다 [Shi et al., 2016; Chakravarti and Turner, 2016].


GIANT(Genetic Investigation of ANthropometric Traits) 연구에서 키에 대한 메타분석(meta-analysis)은 전체 유전체에서 697개의 유의미한 유전자좌가 표현형 분산(phenotypic variance) 가운데 16%를 설명한다고 보고했다 [Wood et al., 2014]. 하지만 기대귀무분포(expected null distribution)에 대한 p 값의 분포를 비교한 분위수-분위수 도표(quantile-quantile plot)에 따르면 p 값의 분포가 작은 p 값을 향해 상당히 이동했다고 나타나므로 [그림 1], 이와 더불어 공통 변이체는 기대 유전가능성의 86%를 설명한다 [Shi et al., 2016]. 그러한 (p 값의 통계적) 팽창은 (H3K27ac로 대표되는) 활성 염색질과 발현 양적 형질 유전자좌(expression quantitative trait locus; 이하 eQTL)에서 더 강한데, 이것은 유전자 조절 영역의 기대 신호 강화(expected signal enrichment)와 일치한다.


다음으로 우리는 모든 SNP 세트에서 얻은 회기계수(regression coefficient, 標本回歸) 분포를 분석하려고 (프로그래밍 언어 R의 라이브러리 패키지[package]인) ashR을 사용했다 [Stephens, 2017]. ashR은 참효과크기(true effect size)가 0이 아닌 SNP와 참효과크기가 정확히 0인 SNP의 혼합으로써 GWAS 결과를 모델링한다. 이러한 접근법을 이용해서 우리는 모든 공통 SNP의 62%가 키에 대한 논제로 영향(non-zero effect)과 두드러지게 연관되어 있다고 추정했다 (여기에는 연관불균형을 통한 상관관계에 놓여 있는 근처의 SNP뿐만 아니라 원인 SNP 또한 포함된다) [그림 1B]. 전형적인 연관불균형(LD)의 규모가 약 10–100 kb 정도임을 고려하면 [International HapMap Consortium, 2005], 이것은 유전체의 100-kb 윈도우 대부분이 키에 영향을 주는 변이체를 포함함을 시사한다. 각각의 SNP에 대한 LD 점수로 ashR 분석 결과를 계층적으로 표현했을 때 [Bulik-Sullivan et al., 2015b], 더 많은 연관불균형 파트너를 가진 SNP가 키와 연관될 가능성이 더 높다는 분명한 영향을 목격하게 된다. 가정을 단순화한 상황에서도 [보충정보 참조], 최적합 곡선은 1,000개의 유전체 SNP 가운데 약 3.8%가 키에 인과적으로 영향을 준다고 나타난다.


확인을 위해, 우리는 키에 대한 메타분석에서 찾아낸 각각의 SNP로부터 얻은 회귀추정을 사용해 SNP의 키에 대한 영향의 방향성을 예측했으며 [그림 1C], 그 다음에 SNP의 영향이 건강과 퇴직 연구(the Health and Retirement Study)에서 확보한 더 작고 독립적인 데이터세트와 일치하는 정도를 조사했다 [Juster and Suzman, 1995]. 간단히 말해서, 우리는 GIANT로 확인된 키를 늘리는 대립유전자의 평균 반복 효과크기(replication effect size)를 계산했다. 어떠한 참 신호도 없다는 귀무가설(null hypothesis, 歸無假說) 하에서는 반복 효과크기가 영으로 수렴하지만, 참 신호가 존재할 때 관찰된 평균 효과크기는 GIANT에서 간혹 발생하는 부호 오류 때문에 참 효과크기에 대해 가장 낮은 경계로 생각할 수 있다.


놀랍게도, 우리는 대부분의 SNP, 심지어 p 값이 0.5만큼 큰 SNP에 대해서도 방향성이 있는 공유 신호가 분명히 존재하는 것을 발견했다 [그림 1C]. 전체 유전체에 퍼져 있는 모든 SNP를 통틀어서 SNP 중앙값은 0.14 mm라는 효과크기와 연관되어 있으며, 이것은 전체 유전체 수준에서 유의미한 SNP의 효과크기 중앙값인 1.43 mm의 10분의 1에 해당한다. 또한, 우리는 더 작은 규모의 가족을 근간으로 진행한 GWAS에서 시작한 연구에서도 비슷한 결과를 얻었는데, 이것은 신호가 집단 구조로부터의 교란(confounding, 攪亂) 때문에 만들어지는 게 아님을 확인해 준다 [보충자료]. 다양한 종류의 증거를 준비하면서, 우리는 100,000개 이상의 SNP가 키에 대해 독립적으로 영향을 준다고 추정했는데, 이것은 서로 다른 접근법에 근거해 93,000개의 원인 변이체를 추정한 초기 연구 결과와 유사하다 [Goldstein, 2009] [보충자료].


요컨대, 우리는 극소의 효과크기를 지닌 원인 변이체가 극히 많이 있고, 더욱이 이들 변이체가 유전체 전역에 걸쳐 매우 폭넓게 퍼져 있어서 100-kb 윈도우 대부분이 키에서 나타나는 분산에 기여한다고 결론을 내렸다. 더 일반적으로 말하자면, 복합형질 및 질병의 유전가능성은 유전체 전역에 걸쳐 널리 퍼져 있는데 [Loh et al., 2015; Shi et al., 2016], 이것은 모든 유전자의 상당 부분이 질병 발병 위험의 변이에 기여함을 시사한다. 이러한 관찰 결과는 복합형질 변이체가 특정 생물학적 질병 관련 유전자 및 기전에 주로 존재한다는 예측과 모순되는 것처럼 보인다. 이러한 모순을 더 분석하기 위해, 우리는 다음번에 신호의 기능적 존재를 살핀 자료에 의지하고자 한다.


전사 활성 영역의 유전자 신호 축적

키에 관해 설명한 위의 사례처럼, GWAS 신호는 유전자 조절 요소로 예측된 부분에 두드러지게 나타나는 경향이 있다. 특히, 많은 연구팀이 질병 연관 SNP가 활성 염색질, 특히 질병 관련 세포형의 활성 염색질에 많이 존재함을 보였다 [Trynka et al., 2013; Farh et al., 2015; Finucane et al., 2015; Kundaje et al., 2015]. 비슷하게, GWAS 신호는 질병 관련 세포형에서 발현되는 유전자 근처에 또한 모여 있다 [Hu et al., 2011; Wood et al., 2014].


직관적으로 해석하면 세포형에 근거한 (유전자) 조절 맵(regulatory map)이 특정 세포의 특정 기능을 조절하고 그것 때문에 질병을 일으키는 세포형 특이적 조절 요소(regulatory element)를 우리에게 가르쳐 준다고 볼 수 있다. 실제로, 이런 상황과 관련된 논문들이 유전자 조절의 “세포형 특이적” 측면을 강조하는 것으로써 자신들의 분석을 묘사할 때가 종종 있다. 하지만 유전가능성 신호가 매우 광범위하게 퍼져 있음을 고려할 때, 우리는 그 신호가 광범위하게 활성화된 염색질에 반대되는, 단지 질병 관련 세포형의 활성 염색질에 특이적으로 모여 있는지 이해하길 원했다.


이러한 질문을 살피기 위해 우리는 (예를 들어, 면역계[immune system], 중추신경계[central nervous system, 이하 CNS], 심혈관계[cardiovascular system], 등등) 광범위하게 정의된 10가지 세포형 집단에서 측정된 활성 염색질 자료를 사용했다. 만일 그 집단의 어떤 세포형에서 어떤 지역의 염색질이 활성 상태에 놓였다고 확인되었다면 그 지역은 세포형 집단에서 활성화된 것으로 간주된다. 우리는 서로 다른 계급(class)의 SNP가 유전가능성에 어느 정도 기여하는지 추정하기 위해 층화 LD 점수 회귀(stratified LD score regression)를 이용했다 [Finucane et al., 2015]. 우리는 이전 분석에서 단일 세포형 집단 내에 명확한 신호 축적을 보인 다음과 같은 괜찮은 GWAS 연구 3가지에 초점을 맞췄다: 크론병(Crohn’s disease) [면역계], 류머티스성 관절염(rheumatoid arthritis; 이하 RA) [면역계], 및 조현병 [중추신경계] [Finucane et al., 2015].



그림 2 | 유전가능성은 질병 관련 조직의 전사 활성 지역에 모여 있는 경향이 있다 (A) 염색질 내용물의 함수로써 (무작위의 SNP에 대해 상대적인) 유전가능성에 대한 기여도. 전반적인 조직 활성의 범위와는 상관없이 질병 관련 조직에서 활성 염색질에 존재하는 SNP 중에 신호의 축적이 나타난다. (B) 뇌에서 특이적으로 발현하는 유전자는 조현병 신호의 가장 강한 축적을 보이지만 (왼쪽), 광범위하게 발현하는 유전자가 수적으로 더 많기 때문에 전에 유전가능성에 더 많은 기여를 한다 (오른쪽).



강한 세포형 영향이 있지만, 이들은 염색질 활성의 정도와 상관없이 상당히 독립적이다. 예를 들어, 우리는 대부분의 세포형을 통틀어 광범위하게 활성화된 염색질에 존재하는 SNP가 유전가능성에 상당히 기여함을 관찰했다. 평균적으로, 광범위하게 활성화된 요소의 SNP는 세포형 특이적인 활성 염색질에서 SNP가 하는 것만큼 유전가능성에 기여한다 (오로지 RA에 대해서만 이들이 유의미하게 차이가 난다) [그림 2A]. 한편, 비활성 염색질 또는 질병과 무관한 세포형의 활성 염색질에 존재하는 SNP는 유전가능성에 거의 기여하지 않는데, 이것은 중요한 대조군이 될 수 있다.


대안적 관점으로, 우리는 유전자 발현의 범위 또한 고려했다. 우리는 서로 다른 발현 프로필(expression profile)을 지닌 유전자의 엑손(exon) 또는 그 근처에 있는 SNP의 기여도를 추정했다. GTEx (Genotype-Tissue Expression) 자료에 근거했을 때, 우리는 광범위하게 발현하는 유전자뿐만 아니라 특정 조직에서 특별히 많이 발현되는 유전자를 확인했다 [GTEx Consortium, 2015]. 조현병의 예에서 나타나듯이 [그림 2B], 뇌에서 발현되는 유전자 근처의 SNP는 유전가능성에 상당히 기여하지만, 다른 조직에서 특이적으로 발현하는 유전자는 거의 어떤 기여도 하지 않는다. 아마도 직관적으로 봤을 때, 뇌에서 특이적으로 발현하는 유전자 근처의 SNP는 폭넓은 발현 프로필을 지닌 유전자 근처의 SNP보다 SNP 당 유전가능성에 더 많이 기여한다하지만, 뇌에서만 발현하는 모든 유전자 가운데 일부분만이 뇌에서만 특이적으로 발현이 증가해 있다. 따라서, 광범위하게 발현하는 유전자는 뇌 특이적 유전자보다 전반적인 유전가능성에 실제로 더 많이 기여한다.


요약하면, 질병에 대한 유전적 기여는 전사가 발생하거나 질병 관련 조직의 활성 염색질이 뚜렷하게 있는 지역에 주로 집중해 있지만, 광범위하게 활성화된 지역과 비교했을 때 세포형 특이적인 조절 요소에는 거의 보이지 않는다. 예상한 대로, 이들 조직에서 비활성화된 지역에서는 유전적 기여가 거의 없는 것처럼 보인다. GWAS 특이성에 관한 질문을 더 조사하기 위해, 우리는 특정 생물학적 기능 범주에 있는 연관된 유전자가 집중적으로 존재한다는 증거를 그 다음에 조사했다.


기능 범주에 의한 유전자 신호의 미약한 분포

우리는 서로 다른 기능 온톨로지(ontology)에 속하는 유전자의 기여도를 고려했다. 예상한 대로, 우리는 (크론병과 류마티스성 관절염 같은) 자가 면역 질환 두 종류에 대한 유전자 신호가 “면역반응”과 “염증반응”에 해당하는 온톨로지에 가장 많이 존재하지만, 조현병의 유전가능성은 “이온 채널(ion channel) 활성” 및 “칼슘 이온 수송(calcium ion transport)” 같은 온톨로지를 지닌 신경계와 관련된 유전자에 가장 많이 존재함을 발견했다 [그림 3]. 하지만 이러한 집중적 분포는 상대적으로 그리 대단하지는 않으며, 앞에서 언급한 세 종류의 모든 질병에 대해서 우리는 기능 범주의 크기와 이들이 기여하는 유전가능성의 비율 사이에 강한 선형 관계가 나타남을 관찰했다. 넓은 기능적 범주는 명백한 질병 관련 기능적 범주에 속한 유전자보다도 더 많은 전체 형질 유전가능성을 부여하며, 모든 세 가지 질병 모두에 대해서, 유전가능성에 가장 많은 기여를 하는 것은 단순히 가장 큰 범주, 즉 단백질 결합이다.



그림 3 | 세 가지 질병에 대한 유전자 온톨로지(gene ontology; 이하 GO) 분포를 설명한 그래프로, 특별히 흥미로운 부분을 지닌 기능적 범주가 표시되어 있다. x-축은 각 범주에 속하는 SNP 일부를 가리키고, y-축은 모든 SNP에 할당된 유전가능성의 일부로써 각 범주에 부여된 유전가능성 비율을 나타낸다. 대각선은 모든 SNP를 통틀어 전체 유전체 평균을 가리키며, 대부분의 GO 범주는 유전자 주변에서 일반적인 신호 축적에 때문에 선 위에 존재한다. 층화 LD 점수 회귀로 분석했다 [Finucane et al., 2015].



더욱이, 이러한 결과는 조현병에 적용된 희소 변이체 분석과 확연히 다르다. 희소 변이체에 대한 최근 연구에 따르면 새롭고, 희소한 복제숫자변이(copy number variation; 이하 CNV) 다형성(polymorphism) 세트 내에서 신경 기능 관련 시냅스(synapse) 유전자를 위시한유전자 세트의 축적이 일관되게 나타났다 [표 1]. 이와는 대조적으로, GWAS로부터 찾아낸 전체 유전체 수준에서 통계적으로 유의미한 108개의 유전자좌를 대상으로 한 분석으로 전체적으로 유의미한 온톨로지 범주에 속하지 않는 질병 관련 유전자에서 주목할 만한 사례를 찾아냈는데 [Ripke et al., 2014], 이것은 앞서 언급한 동일 자료를 사용한 유전가능성 분석에 대해 묘사한 약한 분포와 일치한다. 이것과 함께, 이러한 결과는—큰 효과크기를 지닌 매우 치명적인 변이체를 찾아낼 수 있는—희소 변이체 연구에서 검출된 유전자 형태가 공통 변이체를 근거로 GWAS에서 찾아낸 유전자보다 조현병에서 더욱 직접적인 역할을 함을 제시한다.



표 1 | 조현병에 대한 최근 대규모 연구 논문에서 기능적 분포를 나타내는 유전자 세트 요약표. 희소 변이체(rare), 새로운 변이체(de novo), 복제숫자변이 다형성(CNV) 등을 대상으로 한 연구는—이 연구들은 더 큰 영향을 가진 변이체를 찾아내는 경향이 있다—GWAS보다 기능적 증대에 대한 더욱 분명한 증거를 제시한다. p 값은 다중검정수정(multiple testing correction, 多衆檢定修正)을 하지 않았지만, 그렇게 해도 p 값은 <0.05다.

a 희소 변이체 연구와 마찬가지로, 글루탐산 작용성 신경전달(glutamatergic neurotransmission)과 시냅스 가소성(synaptic plasticity)에 관여하는 일부 유전자 근처에 있는 질병 연관 유전자좌가 확인되었지만 [Ripke et al. (2014)], 이러한 범주가 GWAS로 찾아낸 사례에 대해 통계적으로 유의미한 증대를 보이진 않았다. ARC: activity-regulated cytoskeleton-associated scaffold protein.



복합형질에 대한 확장된 모델

요약하자면, 다양한 형질에 대해 가장 큰 영향을 주는 변이체는 질병에서 직접적인 역할을 수행할 수 있는 특정 유전자 또는 기전에서 그럭저럭 나타난다. 하지만 유전가능성 대부분에 기여하는 SNP는 유전체 전체에 걸쳐 퍼져 있는 경향이 있으며, 질병 특이적 기능을 보이는 유전자 근처에서는 나타나지 않는다. 가장 분명한 양상은 질병 관련 세포형의 전사 활성 지역 또는 전사 조절에 관여하는 지역에서는 연관 신호(association signal)가 많이 나타나지만 같은 세포의 전사 비활성 지역에서는 발견되지 않는다는 점이다. 일반적인 형질에 있어서 상당한 숫자의 변이체가 유전가능성에 기여를 하는데, 이것은 피셔의 한 세기도 더 된 극소 모델과 놀랍도록 일치한다.



그림 4 | 복합 형질의 전유전자성(omnigenic) 모델 (A) 임의의 질병 표현형이 주어졌을 때, 한정된 수의 유전자가 질병 발병 위험에 직접적인 영향을 미친다. 하지만, 네트워크(network)의 소권역 속성(small world property, 小圈域屬性) 때문에 발현하는 대다수 유전자로부터 몇 걸음 떨어지지 않은 곳에 가장 가까운 핵심 유전자가 존재하므로, 이들은 질병에 대해 논제로 영향을 줄 수 있다. 핵심 유전자는 전체 유전자의 아주 적은 부분만을 구성하므로, 유전가능성 대부분은 간접적으로 영향을 미치는 유전자로부터 나온다. (B) 질병은 일반적으로 특정 조직의 기능 장애와 연관되어 있으므로, 유전자 변이체가 특정 조직의 유전자 발현을 (그 때문에 네트워크 상태를) 교란할 때에만 유전자 변이는 질병과 관련이 있다. 주어진 임의의 SNP 전체 효과크기는 다양한 세포형 또는 조직을 통해 영향을 받는 형질에 대해 각각의 세포형에 나타난 영향의 가중평균(weighted average, 加重平均)이다.



이러한 관찰 결과를 이해하기 위해, 우리는 복합형질의 “전유전자성(omnigenic, 全遺傳子性)” 모델을 제안한다 [그림 4]. 첫째, 우리는 질병의 병인에서 특정 역할을 하는 그리 많지는 않은 유전자 또는 유전자 기전이 이들의 직접적인 조절인자와 마찬가지로 대부분의 형질에 직접 영향을 줄 수 있다고 가정한다 [Chakravarti and Turner, 2016]. 그런 유전자는 질병을 일으키는 데 있어서 생물학적으로 설명 가능한 역할을 수행하는 경향이 있을 텐데, 예를 들면 지방세포 분화(adipocyte differentiation)를 조절하는 역할을 하는 IRX3 및 IRX5가 그 역할 때문에 필연적으로 비만에 영향을 줄 수도 있는 점 [Claussnitzer et al., 2015], 발달 과정에서 시냅스 분지(synaptic pruning)를 조절하는 역할을 지녔고 이 때문에 조현병 발병 위험에 영향을 주는 C4 유전자 [Sekar et al., 2016] 등을 들 수 있다. 더욱이, 핵심 유전자가 기능 소실(loss of function) 또는 해로운 특정 돌연변이 때문에 손상을 입을 때, 우리는 이들 유전자가 질병 발병 위험에 가장 강한 영향을 끼칠 경향이 있으리라 예측할 수 있다 (비록, 가장 큰 효과크기를 지닌 돌연변이가 주는 질병 발병 위험의 실제 증가 정도는 형질 전체를 통틀어 상당히 편차가 있지만 말이다) [Krumm et al., 2015; Marouli et al., 2017]. 실제로, 주변 유전자(peripheral gene)와 핵심 유전자를 분류하는 일은 이진분류(binary classification, 二進分類)와는 반대로 단계적일 수 있다.


두번째로, 우리는 핵심 유전자가 일반적으로 전체 유전가능성의 단지 일부에만 기여하는지 그리고 질병 관련 세포형에서 발현하는 유전자 대부분이 어떻게 유전가능성에 아주 조금이라도 기여할 수 있는지를 이해할 필요가 있다. 이 문제를 풀기 위해, 우리는 임의의 발현된 유전자가 핵심 유전자의 기능 및 그 조절에 영향을 줄 수 있는 정도는 세포 조절 네트워크와 고도로 서로 연결되어 있다고 제안한다.


이때, 세포 조절 네트워크에 대한 우리의 이해는 불완전한 상태지만, 질병과 관련된 생물학적 연결에는 아마도 세포 분자 사이에서 발생할 수 있는 모든 단계의 상호작용, 즉 전사 네트워크(transcriptional networks), 번역 후 변형(post-translational modification), 단백질-단백질 상호작용(protein-protein interaction), 세포 간 신호전달(intercellular signaling) 등을 포함할 수 있다 [Furlong, 2013]. 특정 사례에서는, 발달 과정을 이끌거나 또는 질병을 일으키는 유전자 조절 네트워크에 있는 가장 중요한 배선연결(wiring connection)을 밝히는 게 가능해졌다 [Davidson, 2010; Chatterjee et al., 2016]. 하지만, eQTL과 같은 더 약한 효과가 전체 조절 네트워크를 통해 어떻게 스며드는지에 관한 우리의 지식은 여전히 매우 제한적이다. 그럼에도 불구하고, 네트워크 이론 연구는 대부분의 현실 세계의 네트워크가 높은 수준으로 서로 연결되는 경향이 있음을 발견했는데, 이것을 네트워크의 “소권역” 속성(small world property)이라고 부른다 [Watts and Strogatz, 1998; Strogatz, 2001]. 특히, 많은 종류의 네트워크는 노드(node)로 연결된 개별 모듈(module)로 구성된 구조를 가질 뿐만 아니라, 원거리 연결(long-range connection)이 빈번하게 나타난다. 이런 조건 아래에서, 그래프에 있는 임의의 두 노드는 단지 몇 걸음만으로도 종종 연결된다.


만일 이러한 일이 세포 네트워크에서도 일어난다면, 질병 관련 조직에서 발현되는 임의의 유전자는 하나 또는 그 이상의 핵심 유전자로부터 단지 몇 걸음 떨어진 위치에 있을 수 있다. 결과적으로, 주변 유전자 발현에 영향을 미치는 임의의 변이체는 핵심 유전자 조절에 미미하게나마 영향을 줄 수 있으며 그 결과로 말미암아 질병 발병 위험에 작은 영향을 초래한다. 결정적으로, 발현되는 주변 유전자의 전체 세트가 핵심 유전자의 수를 100:1 또는 그 이상을 넘어설 수 있기 때문에, 주변 유전자 전체를 통틀어 발생하는 작은 효과의 합은 핵심 유전자 그 자체에 직접적인 영향을 미치는 변이체의 유전적 기여를 훨씬 웃돌 수 있다.


우리의 모델은 생물학적 정보가 조절 변이체에서 출발해 염색질 활성에 영향을 줌으로써 인근 유전체의 시스 조절(cis regulation) 부위로 계속 이동해 궁극적으로 다른 유전자의 활성에 영향을 미친다는 점을 사실로 받아들인다. 그 다음으로, cis-eQTL(cis-acting expression quantitative trait locus)은 조절 네트워크를 경유해 연결되지 않은 다른 종류의 유전자의 mRNA 또는 단백질 발현 정도에 영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 (즉, 그 변이체는 또한 유전체 어딘가에 있는 어떤 유전자를 위한 trans-eQTL일지도 모른다), 번역 후 변형 또는 세포 내 위치선정(subcellular localization)과 같은 다른 기능에도 영향을 줄 수 있다. 현재, trans-eQTL를 발견하는 일은 현재의 표본 크기에서는 힘들지만 [Westra et al., 2013; Jo et al., 2016], mRNA 유전가능성의 약 70%가 trans-acting 인자(trans-acting factor)에 의해 결정된다고 추정된다 [Price et al., 2011]. 더욱이, 단백질의 trans-acting 조절에 대한 최근 자료가 매우 제한적이긴 하지만, 많은 trans-eQTL이 단백질 네트워크를 통해 작용하므로, RNA에서 trans-eQTL을 찾기란 쉽지 않을 수 있다 [Battle et al., 2015; Chick et al., 2016; Sun et al., 2017].


마지막으로, 많은 질병은 다양한 세포형을 통해 진행된다—예를 들어, 자가면역질환에 작용하는 서로 다른 면역세포 일부 집단 또는 심지어 뇌 및 지방조직처럼 비만에 대해 서로 관련성이 없는 조직 등을 들 수 있다. 더욱이, GWAS에서 찾아낸 변이체가 활성 염색질에 상당히 많이 존재할지라도, 그저 그런 정도의 숫자만이 지금까지 알려진 eQTL로 설명 가능할 뿐이다 [Chun et al., 2017]. 이러한 간극(間隙)은 많은 위험 변이체가 단지 협소하게 정의된 세포형 또는 면역 활성 자극과 같은 정확한 조건 하에서만 유전자 발현에 영향을 미침을 암시할 수 있다. 질병 발병 위험이 다양한 세포형 또는 매우 특화된 세포형을 통해 영향을 받을 때, 우리는 세포 네트워크가 세포형을 통틀어 다양하게 나타날 수 있다고 예측한다 [Price et al., 2011; Sonawane et al., 2017]. 그러므로 주어진 임의의 변이체가 가지는 정량적 영향은 각 세포형의 변이체가 지닌 효과크기의 평균이며, 그러한 평균은 세포형태 중요성에 의해 가중치가 부여된다.

요약하면, 복합질환에 대한 전유전자성 모델은 질병 발병(disease pathogenesis)에 기여하며 적어도 한 개의 조직에 있는 조절 변이체를 지닌 임의의 유전자가 해당 질병의 발병 위험에 대해 적지 않은 영향을 미칠 수 있다고 제안한다. 더욱이, 효과크기는 상대적이므로, 핵심 유전자가 주변 유전자보다 수가 상당히 적기 때문에 질병에 대한 전체 유전적 기여도의 상당 부분은 질병 발병에 직접 관여하지 않는 주변 유전자로부터 나온다.


광범위한 다면발현(pleiotropy, 多面發現)

질병과 상관관계에 있는 유전자 효과를 지닌 몇 쌍의 형질을 찾아내는 것뿐만 아니라 [Bulik-Sullivan et al., 2015a] 서로 다른 형질에 대해 다면발현성 효과(pleiotropic effect)를 주는 특정 변이체를 밝히는 연구가 [Cotsapas et al., 2011; Pickrell et al., 2016] 최근 들어서 상당한 관심을 받고 있다. 하지만 유전자 신호가 유전체 전체에 걸쳐 널리 퍼져 있다는 관찰 결과는 다면발현이 흔한 일일 수 있음을 암시한다 [Visscher and Yang, 2016].


실제로, 전유전자성 모델은 임의의 조직에서 조절 효과를 지닌 임의의 변이체가 사실상 그 조직을 통해 형성되는 모든 질병에 (약하게) 영향을 끼칠 수 있음을 예측한다. 많은 eQTL이 모든 조직에서 활성화되었으며, 결과적으로 이들은 대부분의 또는 심지어 모든 형질에 대해 약하게나마 영향을 줄 수 있다.


우리는 이러한 형태의 다면발현을 “네트워크 다면발현(network pleiotropy)”이라고 부르는데, 즉 그러한 형질이 인과관계로 얽매여서 그런 게 아니라 동일한 세포형을 통해 형성되고 그 결과로 말미암아 동일 네트워크를 통해 조절 받기 때문에 어떤 단일 변이체가 다양한 형질에 영향을 줄 수 있다는 원칙이다. 핵심 유전자를 공유하거나 또는 관련 유전자가 네트워크에서 서로 가까이 위치한 형질은 질병과 상호 관련된 영향을 받는 경향이 있을 것이다. 역으로, 공통 핵심 유전자는 없지만 동일 조직을 통해 형성되는 형질은 많은 원인 변이체가 공유된다 할지라도 이들이 받는 영향 측면에서 그 어떤 상관관계도 나타나지 않을 수 있다.


만일 네트워크 다면발현이 광범위한 현상이라면, 유전상관(genetic correlation, 遺傳相關)의 해석과 멘델 임의화(Mendelian Randomization) 연구에 어려움이 있을 수 있다. 멘델 임의화는—“제1형 다면발현(type I pleiotropy)”이라고도 불리는 [Wagner and Zhang, 2011]—인과관계로 얽히지 않은 형질 사이의 다면발현이 드물다고 가정한다. 특히, 핵심 유전자가 네트워크 안에서 서로 멀리 떨어져 있을 때, 네트워크 다면발현의 영향이 실제로 유의미한 질병 신호를 만들어낼 정도로 충분이 강한지 여부는 나중에 확인되어야 한다.


복합형질의 진화적 변화

많은 형질이 엄청난 수의 변이체로부터 영향받는다는 관찰 결과는 진화적 변화를 연구하는 데도 중요한 영향을 미친다. 진화학 연구 집단 내에서 종(種) 내와 사이 모두에서 적응 변화를 일으키는 특정 유전자 변이를 찾아내는데 많은 관심을 둔 적이 있었다 [Vitti et al., 2013]. 이러한 연구가 흥미로운 사례를 많이 내놓았지만, 우리는 이들이 대부분의 진화적 변화를 대표하지는 않을 수 있다고 주장한다. 대신, 대부분의 적응 변화는 다유전자성 적응(polygenic adaptation)으로 진행될 수 있는데, 즉 종(種)은 유전체 전체를 통틀어 존재하는 많은 원인 변이체의 대립유전자 빈도(allele frequency)에서 발생하는 소규모 변화로 적응한다 [Pritchard et al., 2010]. 예를 들어, 105개의 변이체가 키에 각각 0.15 mm씩 영향을 준다면 평균 대립유전자 빈도의 작은 변화만으로도 평균 키에서 상당한 변화가 나타날 수 있는데, 예를 들어 “키를 늘리는 데 관여하는” 대립유전자 빈도가 전체 유전자 수준에서 0.5% 증가하면 평균 키는 15 cm 증가한다. 요즘 들어, 다유전자성 적응 사례, 특히 키, 체질량지수(body mass index; 이하 BMI) 및 신생아 출생 시 크기를 포함한 형태계량적(morphometric, 形態計量的) 형질의 사례가 인간에서 많이 발견되고 있다 [Turchin et al., 2012; Field et al., 2016].


우리는 종 사이에서 드러나는 훨씬 극적인 표현형 차이 가운데 많은 것이 아주 작은 영향의 축적으로 나타나고, 더 큰 영향을 주는 차이는 그러한 법칙에 대한 예외일 수 있다고 예상한다. 예를 들어, 인간과 침팬지는 약 4천만 개의 단일 염기서열이 차이 난다. 만일 이러한 차이 가운데 1%가 염색질 기능과 같은 여러 조절 양상에 영향을 미친다면, 두 종(種) 사이에 작지만 0이 아닌 영향을 표현형에 주는 대략 5십만 개의 차이점이 있을 수 있으며, 영향력을 나타내는 소수의 유전자좌의 기여를 능가할 수 있을지도 모른다.


종 내 수준으로 눈을 돌렸을 때, 중요한 미해결 문제 가운데 하나는 한 번에 선택될 수 있는 형질의 개수를 다면발현적 영향이 어떻게 제한하는 지다. 앞에서 설명했던 것처럼, 다면발현은 유전체에서 흔하게 나타나는 듯하다. 하나의 변이체가 출현하는 빈도의 변화는 다른 위치에서 발생하는 변화로 균형이 잡혀야만 하기 때문에, 다면발현은 대립유전자 빈도에 영향을 주는 자연선택의 능력에 제약을 줄 수 있다. Does this effectively limit the number of independent polygenic traits that can be simultaneously selected? 이것이 동시에 선택될 수 있는 독립적인 다유전자성 형질의 수를 효과적으로 제한할 수 있을까? 과거에, 다변발현이 변이 및 적응을 정도에 대해 고찰한 연구가 있었지만 [Barton, 1990; Walsh and Blows, 2009], 우리는 이 분야가 현재 가진 자료를 고려해 향후 연구를 진행할 수 있을 정도로 무르익었다고 믿는다.


향후 방향

수많은 유전자가 복합질병의 유전가능성에 기여한다. 이러한 사실은 유전자 변이가 유전자 시스템의 표현형을 어떻게 교란하는지에 대한 근본적인 질문을 제기한다. 우리는 가능성 있는 모델 하나를 제시했는데, 이 모델을 포함한 여러 다른 가설을 검증하는 게 중요하리라 본다. 생명 시스템에 매우 작은 영향이 주는 충격을 충분히 이해하는 일은 심오한 도전이므로, 복합형질의 여러 측면을 재현할 수 있는 세포 기반 모델 시스템(cell-based model system)의 개발이 절실히 필요하고 우리는 믿는다. 더욱이, 세포 네트워크에 대해 여전히 제한적으로 이해할 뿐이므로, 다양한 세포형, 특히 단백질 수준에서 매우 정확하며 대용량으로 처리할 수 있는 네트워크 맵핑 기술 개발이 중요할 것이다. 우리는 다음과 같은 핵심 질문과 전유전자성 모델 검증을 제안한다.


  • 다양한 대표적 형질에 대해: 얼마나 많은 개별 변이체와 유전자가 원인 변이에 기여하는가? 이러한 변이 가운데 어느 정도가 비핵심 유전자에서 발생하는가? 어느 형질이 전유전자성 극단(極端)에 더 가까운가 (또는 멀리 떨어져 있는가)?
  • 특정 질병을 일으키지만 질병 발형 위험에는 영향을 주지 않는 세포형에서 유전자 발현에 영향을 미치는 변이체가 있는가? 형질은 가장 큰 영향력을 행사하는 변이체의 중요성 측면에서 상당히 다양하게 나타나지만, 가장 강력한 형태의 전유전자성 모델은 질병 관련 세포형에서 활성 상태인 모든 조절 변이체는 본질적으로 (질병 발병 위험에) 아주 적은 정도라도 영향을 미치리라 예측한다.
  • 유전자 변이체 대부분이 세포 네트워크를 통해 작용한다면, 무엇이 이러한 연결을 매개하는가? 전사 조절, 번역 후 변형, 단백질-단백질 상호작용, 그리고 세포 간 신호전달 모두가 기여할 것이다. 세포 네트워크에서 원거리 상호작용의 특성은 무엇이며 그 빈도는 어느 정도인가? 세포형 및 조직 전체를 통틀어 네트워크 아키텍처는 얼마만큼 다양한가?
  • 세포 네트워크를 통한 유전자 변이의 침투를 점점 더 정확히 측정할수록, 우리는 핵심 유전자와의 관계로부터 주변 유전자의 영향을 추론할 수 있는가?
  • 핵심 유전자와 주변 유전자 사이의 개념적 차이가 질병을 이해하는 데 유용한가? 만일 그렇다면 핵심 유전자는 어떻게 정의해야 하는가? 가능한 공식적인 정의 하나는, 이것이 모든 핵심 유전자의 유전형(genotype, 遺傳型)과 발현 수준에 달려 있다면, 주변 유전자의 유전형과 발현 정도는 더 이상 문제가 되지 않는다는 것이다. 덜 공식적으로, 자폐증에서 가장 큰 영향을 미치는 돌연변이 사례에서 나타나듯이, 우리는 핵심 유전자를 (만일 돌연변이가 발생하거나 결절 되었다면) 가장 강력한 영향을 주는 유전자로 간주할 수 있다 [Krumm et al., 2015]. 또는, 핵심 유전자를 해석 가능한 생물학적 메커니즘으로 질병과 연결 지을 수 있는 유전자로 단순하게 여길 수도 있다. 선택적으로, 일부 질병에서는 핵심 유전자가 없을 수도 있다—대신, 모든 유전자의 전체 활성이 세포 시스템이 세포 기능 및 질병 발병 위험을 결정하는 상태가 되도록 하는 데 도움을 줄 수 있다.

우리의 모델은 다음 세대의 맵핑 연구에 대해 또한 의문을 제기한다. 유전자 맵핑의 한 가지 목표는 질병을 일으키는 핵심 유전자 및 기전을 찾아내는 것이다. 이러한 매핑 연구는 질병 생물학의 메커니즘과 관련된 통찰을 부여하며 약으로 치료 가능한 타겟을 제시할 수 있다 GWAS에서 찾아낸 가장 큰 적중 결과 덕분에 중요한 핵심 유전자를 꼬집어 내는데 도움이 되어왔다. 이러한 것들이 발견되고 난 이후, 다음에 해야 할 가장 전도유망한 단계는 가장 큰 영향을 미치며 가장 낮은 빈도로 나타나는 변이체를 찾는 일인데, 이러한 변이체는 다른 핵심 유전자와 관련되었을 수도 있는 유전가능성에는 거의 기여를 안 할 가능성이 있다. 딥 시퀀싱(deep sequencing)은 (아마도 충분치 않은 표본 크기 때문에) 모든 형질에 대해 한결같이 성공적이진 않았지만 [Marouli et al., 2017], 공통 변이체 중에서 가장 큰 연관 가능성을 지닌 후보를 확인하고 나면 대규모 시퀀싱(large-scale sequencing)이 다음에 해야 할 가능성 있는 단계다. 더 큰 영향을 주는 변이체가 단백질 코딩 염기서열에 영향을 미칠 가능성이 훨씬 더 크다는 증거가 있다면, 엑솜 시퀀싱이 비용 대비 효율 측면에서 단기간에 수행할 수 있는 가장 좋은 접근법일 수 있다.


그럼에도 불구하고, 대규모 유전형 자료는 두 가지 이유 때문에 앞으로도 계속 가치 있을 수 있다. 첫째, 심도 있는 연관 자료는 개인 맞춤형 발병 위험 예측법(personalized risk prediction)을 개발하는 데 필수적일 것이다. 두 번째, 이러한 자료는 세포 네트워크를 통한 조절 정보의 흐름을 모델링 하는 데 필수적일 것이다. 질병 유전학을 완전히 이해하기 위해, 유전자 X의 발현 증가가 질병 Y와 Z의 발병 위험을 왜 증가시키는지 우리는 알기를 원한다. 이를 위해, 우리는 세포 네트워크를 더 잘 이해하고 매우 큰 표본에서 질병 발병 위험을 추정할 필요가 있다.


요약하면, 많은 복합형질은 적은 영향을 주는 엄청나게 많은 변이체 때문에 나타나는데, 이것은 질병 관련 조직에서 활성화된 조절 변이체 대부분이 (질병 발병 위험에) 관계되었음을 잠재적으로 보여준다. 이러한 관찰 결과를 설명하기 위해, 우리는 질병 발병 위험이 질병과 직접적인 관련성이 없는 유전자에 의해 대부분 나타나며 조절 네트워크를 통해 직접적인 영향을 주는 훨씬 더 적은 수의 핵심 유전자로 전파된다고 제안한다. 만일 이러한 모델이 옳다면, 세포 특이적 조절 네트워크의 자세한 맵핑이 인간의 질병 생물학을 충분히 이해하는 데 매우 중요한 일일 것이다.


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원제: Tracing the peopling of the world through genomics


유전체학으로 전 세계 인류 정착의 발자취를 따라가다


Rasmus Nielsen, Joshua M. Akey, Mattias Jakobsson, Jonathan K. Pritchard, Sarah Tishkoff & Eske Willerslev


Nature 541, 302–310 (19 January 2017)


현대인과 고대인 양쪽의 유전체(genome) 시퀀싱(sequencing) 및 분석법의 진보로 인류의 진화 역사를 이해하는 데 많은 약진이 있었다. 여기에는 (1) 해부학적 현생인류(現生人類)와 멸종한 호미닌(hominin) 사이의 이종교배(異種交配) 발견, (2) 현생인류가 아프리카에서 출발해 복합적인 경로를 거쳐 전 전 세계로 퍼져나갔음을 점점 더 상세히 밝힌 것, (3) 현지 환경 조건에 노출된 인류의 수많은 유전적 적응(genetic adaptation) 규명 등이 포함된다. 이러한 새로운 유전체 자료 분석 덕분에 인류의 진화 역사와 적응에 대한 우리의 해석은 변모하고 있다.


고고학적·고생물학적 자료의 도움으로 우리는 해부학적 현생인류의 출현과 확산을 이끌었던 여러 진화적 사건들을 이해해왔다. 하지만 일반적으로 이러한 자료는 서로 다른 사람 또는 인간 집단 사이의 유전적 관계를 밝히는 데 사용할 수 없다. 비록 문화(culture)의 확산을 규명하는 데 있어서 고고학 연구가 매우 성공적이었다 할지라도 문화의 확산이 인간의 이동 때문인지 아니면 지식(idea)의 이동 때문인지를 밝히는 역량에 있어서는 종종 한계가 있다. 현대인 또는 고대인의 유전체 자료 분석을 인류의 진화 역사를 규명하는 작업에 포함한다면 인간 사이의 계보관계(genealogical relationship)를 직접 밝히는 일뿐만 아니라 인류의 이동 경로, 인류의 분지(diversification), 그리고 다양한 인간 집단 사이에서 일어났던 유전자 혼합(genetic admixture)을 규명하는 작업이 용이할 수 있다.


1980년대에 현대인의 유전체 자료가 출현으로 인류의 기원에 대한 이론을 직접 검증하는 게 가능해졌다. 미토콘드리아 DNA(mitochondrial DNA; 이하 mtDNA)를 포함한 단순 유전자 표지(genetic marker)에 대한 연구 덕분에 몇 가지 중요한 진화적 이해가 도출되었다. 가장 중요한 것으로 전 세계 인간 mtDNA 염기서열의 차이를 분석한 최초의 연구로 아프리카에서 기원한 현생인류 집단이 외부로 팽창해나갔다고 주장하는 가설인 아프리카 기원 모델(out-of-Africa model)이 받아들여진 점을 꼽을 수 있다 [1]. 해부학적 현생인류가 다양한 지역에서 동시에 진화했고 이러한 진화가 인간이 서로 다른 지역으로 꾸준히 이동하면서 발생한 유전자 확산(gene flow)으로 말미암아 촉진됐다고 주장하는 다지역 기원 모델(multiregional model)로 알려진 대체 가설은 널리 기각됐다.


그림 1 | 인간 진화 유전체학에서 중요하고 획기적 사건을 나타낸 연표. 유전체 자료를 이용한 상당히 많은 연구가 인류 역사에 대한 중요한 통찰에 기여해왔는데, 이들이 내놓은 자료 및 그 분석의 측면을 고려했을 때 특별한 영향을 미친 연구 가운데 일부를 그림에 표시했다.


인간 mtDNA 염기서열의 계통수(phylogenetic tree)는 아프리카에 그 뿌리를 두고 있는데, 이러한 사실은 아프리카 기원 모델에 부합한다. 하지만 mtDNA는 오직 모계유전(female inheritance)만을 반영하고 유전자 재조합(genetic recombination)을 안 하므로 단일 유전자 표지에 대한 정보량만을 담고 있다. 오로지 한 가지 유전자 표지로만 추정된 계통수는 인류 진화의 전반적인 유전체적 양상과 역사를 대표하지 않을 가능성이 상당히 높다 [2]. 인류 진화의 역사를 설명하는 복합적인 모델을 엄밀히 검증하려면 핵 유전체(nuclear genome) 분석 또한 필요하다. 따라서 1980년대와 1990년대를 거쳐 2000년대에 진행된 mtDNA (그리고 Y 염색체에 존재하는) 유전자 표지 분석으로는 인류 진화의 역사와 관련된 수많은 의문점은 여전히 풀리지 않은 상태였다. 예를 들어, 해부학적 현생인류와 다른 호미닌(hominin) 사이에 유전자 확산이 있었는지도 불분명하다 [2]. 아메리카 원주민의 기원 또한 격렬한 논쟁의 대상이었고 [3] 유럽을 포함한 전 세계 다른 지역에서 진행된 농업의 출현 및 확산과 같은 문화의 전환(cultural transition)에서 사람과 지식의 이동이 차지하는 상대적 중요성도 여전히 불분명한 채로 남아 있다 [4]. 지난 10년 동안 DNA 시퀀싱 기술과 고대(古代) DNA (ancient DNA) 추출 및 농축법의 괄목할만한 발전 덕분에 아직 해결되지 않은 인류 역사와 진화에 대한 이러한 많은 질문에 답할 수 있게 되었다 [그림 1]. 그러한 기술적 진보에 힘입어 연구자들은 수천 년 전에 사망한 고대인과 같은 호미닌의 유골(遺骨)에 담긴 유전체의 염기서열을 분석할 수 있게 되었다 [5, 6]. 광범위한 역사적 시간과 장소로부터 획득한 표본을 포함함으로써 시간적·지리적 측면을 유전체 시퀀싱 결과에 덧붙이는 작업은 인류 진화의 역사를 향한 새로운 통찰을 제시했다.


이 리뷰에서 우리는 많은 인간 유전체를 확보해 그 염기서열을 시퀀싱 함으로써 촉진되었던 인류 진화의 역사에 대한 중요한 통찰을 개략적으로 설명할 것이다. 몇몇 사례에서는 새로운 유전체 자료 분석이 과거 고생물학적·고고학적 증거로 뒷받침됐던 주류 이론을 지지하는 추가 증거를 구축하는 데 도움을 주었다. 다른 사례에서는 그러한 유전체 분석이 현존하는 자료를 근간으로 해서는 예측할 수 없었던 완전히 새로운 관점의 발견으로 이끌었다.


인류의 아프리카 기원

해부학적 현생인류에 대한 가장 오래된 증거는 에티오피아(Ethiopia)에서 발견된 약 150,000–190,000년 전으로 거슬러 올라갈 수 있는 화석에서 나왔다 [7, 8]. 아프리카 말고도 중동과 중국 남부에서 약 100,000년 전 그리고 약 80,000년 전의 해부학적 현생인류 화석 증거가 각각 보고되었다 [9, 10]. 하지만 화석 기록상으로 약 40,000년 전에 자취를 감춘 네안데르탈인(Neanderthal)과 같은 호미닌 화석은 유라시아(Eurasia) 전역을 통틀어 400,000년 전까지 거슬러 올라가는 것이 발견되었다 [11] [그림 2].


그림 2 | 인류의 진화 역사에 대한 간소화된 모델. 여기에는 현생인류 집단 사이 및 현대인과 고대인 사이의 중요하면서도 잘 정립된 (실선) 그리고 잠정적으로 밝혀진 (점선) 유전자 혼합 사건이 포함되어 있다. 이 모델에는 초기에 아프리카로부터 이동해 나온 고대인으로부터 파생한 오세아니아(Oceania) 인간 집단의 잠재적 계보 또한 작은 비율로 표시되어 있다 (청록색). 고대 DNA 연구로 인간 집단의 진화 역사에 상세한 통찰을 얻을 수 있어서 오늘날 유럽인이 세 무리의 조상집단 사이에 있었던 유전자 혼합으로 구성되었다는 사실도 밝혀졌다 [57] [그림 내 삽화]. ANE, 고대 북부 유라시아인(ancient north Eurasian); EEF, 초기 유럽 농경인(early European farmer); WHG, 서유럽 수렵·채집인(west European hunter-gatherer).


인간의 mtDNA 계통수 뿌리가 아프리카에 있다는 증거와 일관되게, 초기 유전체 다양성 연구는 현존하는 인간 집단 가운데 광범위한 인구 하부구조(population substructure)와 더불어 가장 높은 수준의 다양성이 현존하는 인간 집단 중에서 아프리카인에게 나타난다는 사실을 제시했는데 [12], 3,000명 이상의 아프리카인을 대상으로 한 미소부수체(microsatellite) DNA의 차이를 전체 유전체 수준에서 조사한 연구는 지리, 문화, 그리고 언어적으로 폭넓은 관련성이 있는 14가지의 조상 집단 클러스터(cluster)를 밝혀냈다 [13]. 전체 유전체 수준에서 단일 염기 다형성(single nucleotide polymorphism; 이하 SNP)에 대한 유전자형 연구(genotyping study)는 이러한 관찰 결과를 상당히 뒷받침했다 [14, 15, 16, 17, 18]. 이들 연구를 포함한 여러 연구에서 발견한 사실은 아프리카인 집단이 자신들의 진화 역사를 통틀어 크고 세분화된 구조를 유지해왔으며 [16, 19], 인간 집단 사이의 극심한 유전적 분리가 사하라 이남(sub-Sahara)에서 일어났음을 가리킨다 [18, 20]. 또한, 사하라 이남 아프리카 전역에 걸쳐서 현대인과 고대인 사이에 광범위한 유전자 혼합뿐만이 아니라 이들 사이에 왕래가 있었다는 증거 또한 존재한다 [13]. 아프리카의 유전체 전경 대부분을 형성한 아프리카인 집단의 이동으로는 과거 4,000년 전에 반투어(Bantu language) 사용 집단이 나이지리아(Nigeria) 및 카메룬(Cameroon) 고지대에 위치한 그들의 고향에서 사하라 이남 아프리카 전역으로 이동했던 일이었으며 [13] [그림 2와 3], 나중에 반투어 사용 집단은 토착 수렵·채집인 집단과 유전적으로 혼합되거나 이들을 대체했다. 또 다른 중요한 이동으로는 약 7,000년 전에 가축을 기르는 농경인으로 구성된 목축인 집단이 수단(Sudan) 남부에 위치한 그들의 본향(本鄕)에서 아프리카 중동부로 이동한 일과 약 5,000년 전에 (가축을 기르고 작물 재배에 종사하는) 농경·목축인 집단이 에티오피아에서 케냐(Kenya) 및 탄자니아(Tanzania)로 이주한 일 등을 들 수 있다 [13].


전체 유전체 시퀀싱(whole-genome sequencing)과 SNP에 대한 마이크로어레이(microarray) 자료 분석에 따르면 흡착어(click language, 吸着語)를 사용하는 남아프리카의 산(San) 집단의 유전적 혈통에는 약 160,000년–110,000년 전 사이에 분기(分岐)했으리라 추정되는 인간 집단 사이의 가장 극심한 유전적 분열이 기록된 것으로 나타났다 [15, 18, 20, 21, 22] [그림 2]. 하지만 단위생식유전(uniparental inheritance)으로 전해지는 유전자 표지 및 언어학적 연구에 따르면 흡착어로 의사소통하는 수렵·채집인 집단이 원래는 훨씬 더 광범위하게 퍼져 있다가 남아프리카 이외의 지역에서는 다른 인간 집단으로 대체되었거나, 또는 이들 수렵·채집인이 동아프리카에서 기원했으며 지난 50,000년 전에 남아프리카로 이주했던 것으로 보인다 [13, 23]. 실제로, 하드자(Hadza)와 산다위(Sandawe) 사람을 포함한 흡착음(吸着音)을 사용하는 언어로 말하는 수렵·채집인 집단은, 비록 이들의 유전체가 남아프리카의 산(San) 사람의 유전체에 대해 제한적인 유사성을 나타낸다 할지라도, 현재 동아프리카의 탄자니아(Tanzania)에 거주하고 있다 [15, 18].


그림 3 | 유전체 자료 분석으로 추론한 인류의 전 세계적인 주요 이동 경로. 몇몇 이동 경로는 여전히 논쟁 중이다. 예를 들어, 아메리카 대륙을 향한 여정에 이용된 경로에 대해서는 여전히 몇 가지 불확실한 점이 있다. 초창기 이동이 있은 후 뒤이은 인간 집단의 이동은 유전체 자료와 구별되는 지리적 양상을 파악하기 어렵게 할 수 있으므로 인류의 이동 경로를 자세히 밝히는 데 있어서 유전체 자료는 제한적이다. 제시된 이동 경로 가운데 여전히 논쟁 중인 부분은 점선으로 표시했다. CA, 아나톨리아 중부(Central Anatolia); FC, 비옥한 초승달 지대(Fertile Crescent); IP, 이베리아 반도(Iberian Peninsula); PCS, Pontic–Caspian steppe. 흑해-카스피해 스텝지대.


해부학적 현생인류가 아프리카에서 정확히 언제 어디서 기원했는지는 여전히 알려진 바가 없는데, 주로 아프리카 열대 지방에서 발견되는 화석 및 고고학적 자료가 부족하기 때문이다. 그러나 아프리카 전역에 걸쳐서 인간이 이동해 유전자 혼합이 일어났을 기회를 특별히 고려한다면 유전자 확산으로 이어진 몇몇 지역에서 단편적인 방식으로 현대인의 형질(形質)이 진화한 곳인 아프리카의 다양한 지역에서 현생인류가 출현했을 가능성은 여전하다 [24]. 실제로 아프리카에서 해부학적 현생인류와 고대인 집단 사이에 유전자 혼합이 있었다는 증거가 있다 [25, 26, 27]. 약 10,000년 전 이상 아프리카에서 살았던 사람의 유골에서 획득한 유전체의 특징을 규명하는 작업은 매우 어렵고 도전적이라고 할 수 있는데, 아프리카의 현지 기후조건을 포함해 DNA를 추출할 표본이 놓인 환경이 유전물질이 보존되기에는 그리 적합하지 않기 때문이다. 하지만 지리적으로 다양한 위치에 살고 있는 수렵·채집인 집단으로부터 얻은 전체 유전체 시퀀싱 자료에 대한 통계적 분석은, (이종교배를 통한 유전물질 교환인) 유전자 이입(introgression)을 겪었으며 멀게는 1,200,000년 또는 1,300,000년 정도 전에 [25, 27, 28] 가깝게는 35,000년 전에 [26] 현대인 계통에서 갈라져 나온 고대인 계통이 존재했었다는 증거를 제시했다. 결과적으로 아프리카에서 고대인의 유전자 혼합이 어느 정도 일어났는지는 여전히 논쟁 중이며, 현재 진행 중인 많은 연구가 이러한 질문을 해결하는 것을 목표로 하고 있다.


탈(脫) 아프리카 그리고 네안데르탈인과의 조우

인류의 진화 역사에서 주목할만한 사건인 해부학적 현생인류가 아프리카 외부로 퍼져나간 일은 모든 비(非) 아프리카인 인간 집단의 유전자 변이에 강한 흔적을 남겼는데 [그림 2와 3], 여기에는 낮은 수준의 다양성과 [29] 높은 수준의 연관 불균형(linkage disequilibrium)이 포함된다 [30]. 그러나 주요 확산의 횟수, 지리적 기원, 이동 경로 및 그 시기가 언제인지는 여전히 모호한 실정이다. 예를 들어, 현대인이 아프리카 동부, 중부 및 서부에서 기원했다는 가설을 뒷받침하는 증거가 있고 [18, 31, 32, 33], 단 한 번 또는 여러 차례 아프리카 바깥으로 퍼져나갔다는 가설에 대한 증거가 있으며 [7, 34, 35, 36], 북쪽 또는 남쪽 확산 경로를 따라 이동했다는 가설을 지지하는 증거가 있고 [37, 38], 인류가 아프리카 바깥으로 퍼져나간 시기가 약 50,000년–100,000년 전 사이라고 추정하는 가설을 지지하는 증거도 있다 [20, 39, 40, 41, 42, 43]. 전 세계적으로 270곳 이상 되는 다양한 지역 출신의 사람들로부터 얻은 고품질의 새로운 전체 유전체 시퀀싱 자료를 균형 있게 이용한 세 가지 연구 덕분에 이러한 질문 가운데 몇 가지를 풀 수 있었다 [44, 45, 46]. 또한, 이들 연구는 오늘날 모든 비아프리카인의 공통 조상 집단이 아프리카를 벗어나 이동한 일이 단 한 차례 있었음을 지적하는데, 이 공통 조상 집단은 이들보다 더 일찍 오세아니아를 향해 이동한 인간 집단으로부터 적게나마 유전자를 기여받았을 가능성이 있다 [46]. 그뿐만 아니라, 아프리카를 떠나자마자 현생인류는 곧바로 두 파(波)로 나뉘어 확산되었다 [44]. 참고문헌 36과 47에서 제시했듯이 하나는 궁극적으로 오스트랄라시아(Australasia)인과 뉴기니인의 근간이 되었고 다른 파는 오늘날 유라시아 본토 사람들의 유전자 계보에 기여했다. 하지만 아프리카를 떠난 사람들이 처음 다양성을 나타내고 있을 때 이들의 정확한 이동 경로는 아직도 연구 중이며 논란에 싸여 있다.


오늘날 모든 비아프리카인의 조상이 네안데르탈인과 조우해 이들과 유전적으로 혼합되었음은 이제 명백하다 [48]. 이제껏 연구된 모든 비아프리카인 유전자에 대략 2% 정도의 네안데르탈인 유전자 계보가 포함되어 있다는 사실은 아프리카를 떠난 해부학적 현생인류가 다른 지역으로 확산한 지 얼마 안 된 시점에 이들과 유전자 혼합 주로 일어났음을 뜻하며 [49, 50, 51], 이것은 단일 확산에 기초한 아프리카 기원 모델의 주장에 잘 부합한다 [그림 2와 3]. 연관 불균형 양상을 근거로 했을 때 해부학적 현생인류와 네안데르탈인 사이의 이종교배가 일어난 시기는 약 50,000년–65,000년 전으로 추정되는데 [52], 네안데르탈인과의 유전자 혼합이 일어난 시기를 아는 것은 아프리카를 떠난 해부학적 현생인류의 성공적인 확산이 궁극적으로 언제였는지를 명확히 추정하는 데 도움이 된다.


현대인의 유전체에 존재하는 네안데르탈인 유전자 계보의 비율을 추정했을 때 네안데르탈인과 현대인 사이의 상호작용 역사가 훨씬 더 복합적이었던 것으로 나타난다 [51, 53]. 특히, 동아시아인은 유럽인과 비교했을 때 네안데르탈인에서 유래한 염기서열을 약 20% 더 많이 가지는데, 이것은 (i) 자연선택(natural selection)으로 나타난 영향이거나, (ii) 오늘날 동아시아인의 조상 집단이 유럽인 조상 집단과 분리된 후에 유전자 혼합이 일어났거나 [50, 53, 54] [그림 2], (iii) 유럽인의 조상 집단이 네안데르탈인 염기서열을 별로 가지고 있지 않은 인간 집단과 만나 유전자 혼합을 겪었기 때문에 유럽인에서 네안데르탈인 계보가 희석된 일 등을 반영한 것일 수도 있다. 놀랍게도 약 40,000년 전 루마니아(Romania)에서 살았던 초기 현생인류를 대상으로 한 SNP 유전자형 연구에서, 비록 이 고대인이 오늘날 인간 집단의 유전자 계보에 측정 가능한 수준의 기여를 하진 않았지만, 몇몇 시기에 유라시아 몇몇 지역에서 유전자 이입이 있었다는 확고한 증거가 도출되었다 [55]. 최근 연구에서 이전에 생각했던 것보다 훨씬 더 복합적인 유전자 혼합 역사가 있었으리라 제시되었으므로 [50], 우리가 이해하고 있는 유전자 혼합 모델은 현재로서는 유동적이며 향후 인구학적 모델 또한 지금까지 관찰된 유전체 분석 결과와 양립해야만 함에 주의를 기울여야 한다.


유럽을 향한 이동

유럽인 집단은 세 무리 이상에서 기원한 유전적 요소로 이루어진 것처럼 보이는데, 이들 가운데 일부는 서로 다른 시기에 유럽으로 유입됐다 [56, 57, 58, 59, 60, 61] [그림 2와 3]. 최초의 해부학적 현생인류는 일찍이 43,000년 전에 유럽에서 살았다 [11, 62]. 아마도 기후의 주기적 변화와 관계되었을 가능성이 있는 마지막 빙하 극대기(Last Glacial Maximum; 이하 LGM) 이전 유럽인의 유전자 구성에 전환이 있었다는 증거가 있으므로 이들 초기 구석기 시대 유럽인은 오늘날 유럽인에게 소규모 유전적 기여를 한 것으로 보이지만 [61, 63], 초기 유럽인으로부터 정확히 어느 정도의 유전자를 물려받았는지는 여전히 논쟁 중이다 [61]. LGM이 물러난 후 약 11,000년 전에 축산, 농경, 정착 생활을 기반으로 하는 — 신석기 생활양식으로 알려진 — 새로운 생활 방식이 비옥한 초승달 지대의 소규모 지역에서 출현하기 시작했다 [64] [그림 3]. 고대 DNA 분석에 따르면 이들 농경인 집단은 아나톨리아(Anatolia) 중부에서 시작해 유럽으로 확장했지만, 비옥한 초승달 지대의 다른 지역에서 온 인간 집단도 초기 유럽 농경인의 유전자 구성에 제한적으로나마 기여했다 [61]. 이들 농경인 집단은 대략 7,000년 전에 이베리아 반도(Iberian Peninsula)에 도달했으며 약 6,000년 전에 브리튼(Britain) 섬과 스칸디나비아(Scandinavia) 일대에 도착했다 [61]. 신석기 시대 인간 유골에서 얻은 유전체 자료에 따르면 이러한 과정이 농경인 집단의 대규모 이동과 현지 수렵·채집인과의 동화(同化)로 추진되었던 것으로 보이는데 [61, 63], 이러한 사실은 신석기 시대의 생활 방식이 오로지 지식과 문화의 전파보다는 인간의 이동으로 말미암아 유럽 전역으로 퍼져나갔음을 증명한다. 고고학적 자료에 따르면 농경인으로 살았던 사람의 건강 상태는 이들의 유골에서 드러나는 영양실조와 치아 부식과 같은 풍부한 사례에서 드러나듯이 때때로 좋지 않았지만 [66, 67], 유전체 분석 자료를 근거로 생성된 유효 집단크기(effective population size) 추정에 따르면 신석기 생활 방식이 집단의 크기를 늘리는 데 도움이 됐다 [66].


유럽인의 유전자 구성에 3번째로 기여한 유럽을 향한 또 다른 이동은 후기 신석기 시대와 초기 청동기 시대 사이 동안에 일어났다. 얌나야(Yamnaya) 문화에 속하는 흑해-카스피해 스텝지대(Pontic–Caspian steppe) 출신 목동 집단이 약 4,500년 전 유럽 중부를 향한 이동과 관련이 있다 [58, 60]. 목동 집단 자신들은 (오늘날의) 러시아와 코카서스(Caucasus)에서 살았던 여러 수렵·채집인 집단의 후손이었다 [58, 68]. 이러한 이동은 아마도 정복 활동 및 승마기술과 같은 기술적 진보와 연결되어 있었을 것이며 이들의 이동 덕분에 인도·유럽어가 유럽으로 퍼졌을 것 같지만 [58, 60], 몇몇 언어학 연구자는 신석기 시대 농경인이 이미 인도·유럽어로 의사소통을 주고받았다고 주장한다 [69]. [58, 60]. 분명히 말하자면, 후기 신석기 시대와 청동기 시대는 흑해-카스피해 스텝지대 목동 집단의 유전자가 유럽 서부와 북부 전역으로 확산되었던 역동적인 시기였다 [58, 60].


오늘날 유럽인 집단을 구성하는 세 가지 주요 유전자 구성요소는 (i) LGM 이후 수렵·채집인의 유럽 재정착, (ii) 신석기 시대 농경인의 아나톨리아 지방에서 유럽으로 이동, 그리고 (iii) 후기 신석기 시대와 청동기 시대 사이에 (얌나야 목동의) 유럽 동부 지역에서 (중부) 유럽으로 이동한 일을 반영한다. 이러한 유전자 구성요소를 근거로 오늘날 유럽인에서 발견되는 유전자 다양성의 많은 부분을 설명할 수 있다 [65]. 예를 들어, 신석기 시대의 유전자 구성요소는 사르데냐(Sardinia)인과 같은 남유럽인 집단에서 가장 두드러진 것처럼 보인다 [56, 57, 66]. 오늘날 유럽인들 간에 나타나는 유전적 차이는 지형과 강한 상관관계를 보이며 [70, 71] 북위도로 향할수록 다양성의 정도가 점진적으로 줄어드는 것처럼 보인다 [72]. 비록 유전적 다양성을 구성하는 주요 요소는 별개의 이동을 통해 유럽으로 유입했지만, 지리적 이유 때문에 제한적으로 나타난 훗날의 유전자 확산 과정은 오늘날과 같은 유럽인의 유전적 전경을 형성했다. 따라서 문화와 생활방식은 지리적 여건보다 선사시대 유럽의 수많은 시기 동안 있었던 유전체적 분화와 유사성을 결정짓는 중요한 요소였다 [61].


아시아와 오세아니아를 향한 이동

상당수 증거에 따르면 초기에 있었던 적어도 두 차례의 이동을 통해 아시아에 인류가 정착했다. 하나는 오스트레일리아(Australia)인과 파푸아(Papua)인의 조상이 포함되어 있고 다른 하나에는 동아시아인의 조상이 포함되어 있으며 이들 두 집단 사이에는 유전적 혼합이 있었지만 [47], 다른 증거에 따르면 아시아를 향한 이동은 오직 한 번밖에 없었다고 한다 [45]. 하지만 인류가 아시아에 어떻게 처음 정착했는지 세부 사항은 여전히 알려진 바가 거의 없다. 아시아에서 발굴된 초기 현생인류 두 구(具)를 대상으로 유전체 시퀀싱이 이루어진 적이 있다. 첫 번째 유전체는 약 24,000년 전 시베리아 중서부 말타-부렛(Mal'ta-Buret') 문화에 속한 사람의 유골에서 얻었는데 [73], 이 고대인은 서유라시아인과 아메리카 원주민 모두에 대해 강한 유전적 동질성을 보이지만 동아시아인과 시베리아인에 대해서는 약한 동질성을 보이는 것으로 봐서, 오늘날과 비교했을 때 상부 구석기 시대 동안의 유전적 특징이 지리적으로 매우 다르게 분포했음을 의미한다. 두 번째 유전체는 약 45,000년 전 시베리아 서부 우스트-이쉼(Ust'-Ishim) 지역에 살았던 사람의 유골에서 얻었는데 [74], 서유라시아인 및 동아시아인 [74], 그리고 데니소바(Denisova)인과의 유전자 혼합으로 발생할 수 있는 유전적 차이를 감안한다면 오스트레일리아 원주민(Aboriginal Australian)과 거의 동일한 유전적 친화가 보인다 [44]. 러시아의 유럽 지역에서 발굴한 36,000년–38,000년 전의 코스텐키 14(Kostenki 14)라 불리는 인간의 유전체가 동아시아인보다는 당대의 서유라시아인과 밀접한 유전적 친화를 보인다는 증거와 함께 [75], 말타-부렛과 우스트-이쉼 유전체 자료는 약 36,000년–45,000년 전 사이에 동아시아인과 서유라시아인 사이에 분지가 있었음을 가리킨다. 청동기 시대 유라시아 지역에서 살았던 101구의 고대인 유전체를 대상으로 수행한 낮은 수준(low-coverage)의 시퀀싱 결과를 포함한 연구에 따르면 후발 주자로 유럽과 서아시아에서 출발해 중앙아시아로 팽창한 두 인간 집단이 이 지역에서 말타인으로 추정되는 수렵·채집인과 유전적으로 혼합되어 현지인들을 대체한 것으로 나타났다 [60]. 첫 번째 사건은 얌나야(Yamnaya) 목동이 약 5,000년 전에 아시아로 팽창한 일인데, 이 일은 얌나야인이 유럽으로 팽창한 때와 동일한 시기다. 훗날, [아판나시에보(Afanasievo) 문화를 형성했던] 중앙아시아의 얌나야인은 2,500년 전에서 3,500년 전 사이에 신타쉬타(Sintashta) 문화에 속한 사람들로 대체되었는데 [60], 이들 신타쉬타인은 우랄(Ural)과 유럽에서 출발해 이곳으로 이동했으며 동아시아인과 유전적으로 혼합되었다.


고고학적 증거에 따르면 약 475,000년–55,000년 전 오세아니아에 인류가 존재했던 것으로 나타났다 [76, 77]. 오스트레일리아에서 출토된 고대인 두개골의 형태학적 차이 연구는 오늘날 오스트레일리아 대륙과, 뉴기니(New Guinea) 섬 그리고 태즈메이니아(Tasmania) 섬으로 구성된 고(古)대륙인 사훌(Sahul) 대륙에 적어도 두 차례에 걸쳐 인류가 독립적으로 이동했다고 주장하는 데 사용되었다 [78]. 비슷한 주장이 언어학적 자료, 석기 제작 기술(lithic technology) 또는 딩고(dingo)와 같은 순화종(domesticated species)의 유입을 근거로 제시된 적이 있다 [36]. 하지만 지금까지 오스트레일리아 원주민과 파푸아인을 대상으로 시행된 대규모 집단 유전체 연구만이 이들 집단의 근간이 되는 사훌 대륙으로의 이동이 오직 한 번 있었음을 뒷받침하는 증거를 찾아냈는데 [44], 최초의 이동 후에 파푸아인 조상 집단과 오스트레일리아 원주민 조상 집단 사이에 분지가 일어났으며, 오스트레일리아 원주민 집단에서도 사막화와 같은 환경 변화와 동시에 일어났으리라 짐작되는 유전적 분지가 훗날 뒤따랐다. 따라서 오스트레일리아 원주민은 상대적으로 최근 시기까지도 높은 수준의 고립 속에서 살아왔던 것으로 보인다.


오세아니아의 현대인을 대상으로 얻은 전체 유전체 SNP 자료는 [이스터(Easter) 섬으로도 알려진] 라파 누이(Rapa Nui)로 둘러싸인 남태평양의 폴리네시아 삼각지대(Polynesian Triangle)부터 그 동쪽 전역에 분포하는 폴리네시아인이 멜라네시아인과 동아시아인의 유전자 계보가 섞인 사람들이 오세아니아 전역으로 확산했음을 대표한다는 고고학적 추측이 타당함을 확증했다 [79]. 멜라네시아인 계보는 폴리네시아인이 처음으로 오세아니아 전역으로 팽창하기 시작한 후에 동아시아 원인(源人)의 계보에 추가됐다 [80]. 약 1,000년 전까지 폴리네시아인이 동쪽을 향해 팽창하는 동안 이들이 아메리카 대륙에 도달해 현지인과 유전적으로 혼합되었는지 여부는 여전히 논쟁 중이다. 남아메리카에서 발굴된 고대의 닭 유골을 대상으로 한 유전학 연구에 따르면 이러한 시나리오가 타당해 보이지만 [81], 그런데도 여전히 의문점이 있다 [82]. 대략 서기 1650년 정도로 거슬러 올라가며 남아메리카에 폴리네시아인 노예 무역이 있었다는 기록보다 이전 시기에 존재했던 브라질에서 출토된 인간 유골들에 대한 유전체 시퀀싱에 따르면 이들이 오늘날 폴리네시아인과 유전적으로 밀접하게 연관된 것으로 보인다 [83]. 이러한 연구 자료는 폴리네시아인과 아메리카 원주민이 오래전에 상호 접촉했었음을 뒷받침하는 추가 증거를 제시했지만, 이들이 유럽인에 의해 아메리카로 끌려온 사람들의 후손일 수도 있다. 더욱 확실한 증거는 오늘날 이스터 섬에 거주하는 원주민을 대상으로 한 전체 유전체 수준의 연구 결과에서 나왔는데 [84], 이 연구는 유럽인이 1722년 이스터 섬에 도착하기 수백 년 전인 1280년–1495년 사이에 폴리네시아인이 아메리카 원주민과 유전적으로 혼합되었음을 통계적으로 뒷받침할 수 있는 근거를 제시했다. 하지만 아메리카 대륙에 인류가 정착했던 때보다 앞선 시기의 인간의 유골에 있음 직한 폴리네시아인과 아메리카 원주민 사이의 유전자 혼합에 대한 증거를 찾아야지만 오직 이러한 논쟁에 대한 합의를 끌어낼 수 있다.


아메리카 대륙을 향한 이동

아메리카 대륙에 인간이 존재했었음을 뒷받침하는 가장 오래되었고 널리 인정받는 증거는 약 15,000–14,000년 전으로 거슬러 올라갈 수 있고 [85], 아메리카 대륙의 광범위한 인간 정착은 (약 12,600–13,000년 전의) 아메리카 대륙에서 가장 오래되었으며 연구가 잘 된 고고학적 유적인 클로비스(Clovis) 유적의 출현과 함께 나타난다. 하지만 약 13,000년 전까지 북아메리카 대륙 대부분은 거대 빙하로 뒤덮여 있었기 때문에 사람들이 (오늘날의 시베리아 북동부와 북아메리카 북서부에 있는) 베링 육교(Beringia)에서 아메리카 대륙의 남쪽 지역으로 이동하기가 어려웠다. 빙하가 녹으면서 대략 1,500 km 정도 길이의 부동(不凍) 회랑(回廊)이 내륙에 형성되었다 [3]. 캐나다의 여러 호수 중심부를 대상으로 한 범유전체학(metagenomic) 분석에 따르면 이 회랑은 약 12,600년 전에 처음으로 생명체가 서식 가능한 곳이 되었으므로 [86] 선(先) 클로비스(pre-Clovis) 집단과 클로비스 집단의 사람들이 남쪽을 향해 이동하는 초기 경로일 가능성은 희박하지만, 바이슨(bison)을 대상으로 한 연구는 이와 반대되는 주장을 내놨다 [87]. 어떻게 그리고 언제 아메리카인의 가장 먼 조상이 홍적세(洪積世)의 빙하를 건너 북아메리카 남단으로 이동했는지는 알려진 바가 없으며, 마찬가지로 선 클로비스 집단과 클로비스 집단이 같은 경로로 이동했는지도 알려진 바가 없다. 하지만 이들이 14,000년보다도 더 이전에 북아메리카 대륙의 서안(西岸)을 따라 이동했고 아마도 나중에 내륙을 통해 남쪽 또는 북쪽으로 거슬러 이동했을 것이라는 시나리오가 가장 그럴싸해 보인다 [그림 3].


두개골 형상과 언어학 분석을 근거로 했을 때 초기 아메리카인은 오늘날 북아메리카 원주민의 직접적인 조상은 아니지만, 이들은 오스트랄로-멜라네시아인(Australo-Melanesian), 폴리네시아인, 일본의 아이누(Ainu)인, 또는 나중에 시베리아에서 건너온 아메리카 원주민의 조상으로 대체되었거나 이들과 동화되었던 유럽인과 관련되어 있다고 제시된 적이 있다 [88, 89, 90]. 하지만 몇몇 유전체 연구는 이 모델을 정면으로 반박했다. 클로비스 문화와 유일하게 연관되었고 12,600년 전에 살았던 [미국 몬태나(Montana)에서 발견된] 가장 오래된 인간의 유전체가 2014년 학계에 발표되었다 [91]. 이들 분석에 따르면 이 유전체가 유래된 클로비스인 집단은 오늘날 수많은 아메리카 원주민의 직계 조상이었다. 비슷하게, 미국 워싱턴(Washington)주에서 발견된 약 9,500년 된 케너윅 인간(Kennewick Man)은 그 두개골의 형상으로 판단했을 때 아이누인 및 폴리네시아인과 밀접하게 관련되어 있다고 생각했지만, 이 두개골에서 추출한 유전체 염기서열 분석 연구는 케너윅 인간이 오늘날 아메리카 원주민과 가장 밀접하게 관련되어 있음을 밝혀냈다 [92]. 더욱이, 초기에 아메리카 대륙으로 이동한 인간의 잔류 집단이자 오스트랄로-멜라네시아인과 밀접하게 관련되어 있으리라 생각되는 인간 집단이 오늘날 아메리카 원주민과 유전적으로 밀접한 관련이 있다고 나타났다 [93, 94].


전체 유전체 염기서열을 바탕으로 시베리아인과 아메리카 원주민 사이의 분지 시기를 추정했을 때 아메리카 원주민의 유전자 풀(pool)은 일찍이 약 23,000년 전에 형성된 것으로 나타났는데 [93], 이러한 사실은 아메리카 원주민의 조상이 아메리카 대륙에 오래전에 진입했음을 더욱 지지하는 증거가 된다. 아메리카 대륙에서 가장 오래된 고고학적 유적에 대해 통상적으로 인정되는 연도를 고려했을 때, 대략 8,000년 전까지는 아메리카 원주민의 조상이 시베리아나 베링육교에서 고립된 채로 살았을 수 있으며, 아메리카 대륙을 향해 동쪽으로 이동하기 전에 이들이 시베리아 조상으로부터 분리되었을 것이다. 아메리카 대륙을 제외하면 오늘날 시베리아인이 아메리카 원주민과 가장 가까운 동족이지만, 24,000년 정도 오래된 말타(Mal'ta)인의 뼈에서 얻은 유전체 시퀀싱에 따르면 아메리카 원주민은 말타 계통뿐만이 아니라 하나 이상의 알려지지 않은 동아시아 계통과 관련된 집단과의 유전자 혼합으로 파생되었던 것으로 나타난다 [73]. 클로비스인과 연관된 유전체와 오늘날 아메리카 원주민은 (14–38%에 달하는) 비슷한 양의 말타인 유전자 특징을 보이므로, 아메리카 원주민을 있게 한 유전자 혼합이 일어난 사건은 대략 12,600년보다도 더 이전에 발생했다. 하지만 이러한 유전자 혼합이 아메리카 대륙에서 발생했는지 아니면 바깥에서 이미 일어났는지 아닌지는 여전히 불분명하다.


아메리카 원주민의 유전체 자료는 약 14,000년–13,000년 전으로 거슬러 올라갈 수 있는 기저 분리(basal division)가 어디에서 일어났는지를 결정하는 데 사용되었다 [73, 91]. 남쪽으로 갈라져 이동한 무리에는 아메린디아(Amerindia)어(語)로 말하는 인간 집단이 포함되며 북쪽으로 이동한 무리에는 애서배스카(Athabasca)어, 크리(Cree)어 또는 알곤킨(Algonquin)어로 말하는 집단이 포함되어 있다. 전체 유전체 시퀀싱 자료를 기반으로 분지를 추정한 연구에 따르면 두 집단은 시베리아인으로부터 동시에 갈라져 나온 것처럼 보이는데, 이것은 아메린디아인과 애서배스카인 집단 모두의 유일한 근간이 되며 유전자 확산을 통해 훗날 아시아로부터 유전자가 유입된 분지 사건이 단 한 번 있었음을 암시한다 [93]. 두 아메리카 원주민 분파(分派) 사이의 분지가 시베리아에서 일어났는지 또는 아메리카 대륙 빙하의 북부 또는 남부에서 발생했는지는 여전히 논쟁 중이므로, 차후 고대인의 유전체 분석이 이러한 쟁점 해결에 필요하다. 비슷하게, 오늘날의 몇몇 브라질 원주민의 유전체에서 발견되는 오스트랄로-멜라네시아인의 유전자 특징이 나중에 발생한 유전자 확산 때문인지 또는 아직 알려지지 않은 기반 집단(founding population)으로 부터 물려받아서 나타난 것인지도 여전히 확인되지 않았다 [93, 94]. 지금까지 아메리카 대륙에서 발견된 고대인 유전체를 대상으로 한 어떤 연구 결과에서도 이러한 유전적 특징을 보인 적은 없다.


아메리카 대륙의 북극권에서 살고 있는 이누이트(Inuit)는 다른 아메리카 원주민과는 별개로 이동해온 집단에서 기원했던 것처럼 보인다 [95, 96]. 하지만 약 5,000년 전에 아메리카 대륙에 출현했으며 현재는 멸망한 고대 에스키모(Paleo-Eskimo) 문화에 속하는 아메리카의 북극권에 최초로 정착한 인류가 오늘날 이누이트의 조상을 대표하는지 또는 시베리아에서 온 별개의 기반 집단인지 아닌지가 오랫동안 논의됐다 [96] [그림 3]. 그린란드(Greenland)에서 발견된 약 4,000년 정도 된 머리 다발에서 추출한 DNA를 시퀀싱 한 결과에 따르면 이 고대인이 속한 집단은 아메리카 원주민과 이누이트의 이동 경로와는 독립적으로 시베리아에서 출발해 북아메리카 북극권으로 이동했던 것으로 나타났다 [5, 97]. 그리하여 이 집단은 혹한의 환경 조건에서 살아남을 수 있는 생존전략과 기술을 재발명함으로써 북극권에서 약 4,000년 동안 살아남았지만, 결국 약 700년 전 정도에 이누이트로 대체되었다.


데니소바인과의 조우

다른 형태의 고대인이자 수수께끼로 둘러싸인 데니소바(Denisova)인은 네안데르탈인과 마찬가지로 최초의 현생인류가 유라시아에 출현하기 시작했을 때 이곳에서 살고 있었다. 데니소바인의 해부학적 형태와 지리적 분포에 대해서는 알려진 바가 전혀 없으며, 시베리아의 데니소바 동굴에서 발견된 손가락뼈 한 개와 치아 세 개에서 추출한 유전체 시퀀싱만이 오직 이들의 존재를 확인해줄 뿐이다 [98, 99, 100]. 데니소바인과 네안데르탈인은 밀접하게 관련되어 있으며 이들 사이의 유전적 분화는 현대인 사이에서 나타나는 가장 극심한 유전적 분열과 비슷한 정도의 유전적 차이를 보이지만, 이들이 분지한 시기는 아마도 대략 200,000–400,000년 전 정도로 거슬러 올라가리라 추정된다 [48]. 데니소바인에게 몇 가지 특이한 점이 발견되는데, 예를 들어, 호모 에렉투스(Homo erectus)라고 추측되는 초기 인간으로부터 (유전자 혼합으로 획득한) 유전물질을 물려받은 것처럼 보인다 [48] [그림 2]. 거의 틀림없이, 데니소바인은 유라시아의 (그리고 아마도 그 이외의 지역의) 동쪽과 남쪽 양단에 걸친 폭넓은 지역에 살았던 고대인으로 생각할 수 있으며, 마찬가지로 네안데르탈인은 유라시아의 서부까지 분포했던 고대인의 분포를 반영한다고 생각할 수 있다.


네안데르탈인과 비슷하게 데니소바인은 해부학적 현생인류와 이종교배를 했다. 오세아니아의 멜라네시아인을 포함한 몇몇 인간 집단의 유전체 기원을 추적한 결과에 따르면 이들 유전체의 약 3–6% 정도가 데니소바인과 유사한 조상 집단에서 유래한 것으로 추측된다 [48, 98] [그림 2]. 아시아 동남부의 대륙 지역에서 살고 있는 사람의 유전체 가운데 0.1–0.3% 정도는 데니소바인으로부터 물려받았다 [48, 101]. 네안데르탈인과 데니소바인 유전체 모두 유전자 이입에 따른 유전적 선택을 받아왔다. 인류의 자연선택 대부분은 유입된 DNA에 반(反)하는 방식으로 진행되었던 것처럼 보이는데, 유전체의 생물학적 기능을 담당하는 부위 근처에서 유입된 DNA가 극히 소량으로 발견되기 때문이다 [51]. 더욱이, 네안데르탈인과 데니소바인 모두로부터 유래한 염기서열이 전혀 없는 부분이 인간 유전체의 상당 부분에서 확인되었는데 [102], 이것은 생존에 치명적일 수 있는 염기서열이 유전체에서 재빨리 제거된다는 사실에 잘 부합한다. 하지만 티베트(Tibet)인이 고(高)지대에 적응한 사례에서 나타나듯이 유입된 DNA 일부는 인류가 특정 지역 환경에 적응하는 데 도움이 되었을 수도 있다 [103].


최초의 신뢰할만한 고대인 유전체 자료 연구에 따르면 해부학적 현생인류와 고대인 사이에 단속(斷續)적이며 매우 특이적인 유전자 혼합이 두 번 발생했던 것으로 나타났다 [6, 98]. 그 이후로, 우리는 그러한 유전자 혼합이 훨씬 더 흔했음을 알았고, 그러한 일이 다양한 현대인 및 고대인 집단 사이에서 수차례 발생했으며 [48, 50, 101, 103], 양방향으로 일어났음을 알게 되었다 [104] [그림 2]. 오늘날, 데니소바인 DNA가 멜라네시아인이나 오스트레일리아인으로 이입한 곳이 오스트레일리아였는지 또는 아시아였는지 불분명한데, 이것은 현대 오스트레일리아인의 조상이 대륙을 건너 이동했기 때문이다. 만일 이러한 유전자 이입이 아시아에서 발생했었다면, 오늘날 아시아인은 훗날 있었던 대규모 이동 과정 동안 아시아에 도착한 다른 인간 집단의 후손일 가능성이 매우 높다. 이와 유사하게, 동아시아인에게 나타나는 데니소바인과의 유전자 혼합이 동일한 유전자 혼합 사건의 결과인지 아니면 오스트랄라시아인에게 영향을 준 여러 진화적 사건들의 결과인지 여부는 알려지지 않았다.


인류, 새로운 환경에 적응하다

유전자 자료 분석을 통해 우리는 인류의 진화 역사뿐만 아니라 자연선택이 우리 인간 종(種)에 어떤 영향을 미쳤었는지 알 수 있다. 처음에는 아프리카 대륙 내부에서 그리고 나중에 전 세계 곳곳으로 퍼져나가면서, 인류는 선택적 섭생(攝生)을 이끈 새로운 환경 조건에 맞닥뜨렸는데, 여기에는 마지막 빙하기 동안의 아메리카 대륙 및 유라시아 대륙 대부분 지역에서 나타난 극한의 추위, 일조량의 변화 그리고 이전에는 마주치지 않았던 병원균이 포함된다. 사냥 및 낚시법의 개선 같은 문화적 진보와 식물과 동물을 길들이는 방법의 개발 또한 새로운 환경 조건을 만들었는데, 여기에는 섭식(攝食)의 변화가 포함된다. 유전체 시퀀싱 자료 세트 덕분에 자연선택의 표적이 되어왔던 인간 유전체가 어디인지 체계적으로 조사할 기회를 얻었다. 오늘날 인간 유전체 분석에 사용할 수 있는 광범위한 자료 덕분에 자연선택의 표적이 되었던 개별 유전자 변이가 어떤 역할을 했는지 확인할 수 있게 되었는데, 그 결과 DNA 염기서열 분석으로 발견한 자연선택의 증거와 인간이 현지 환경에 적응할 때 이들 염기서열의 역할을 연결 지을 수 있게 되었다. 더욱이, 현재 고대 DNA를 대상으로 한 연구 덕분에 대립유전자 빈도(allele frequency)가 시간이 흐름에 따라 어떻게 변했는지를 직접 관찰하는 게 가능해졌다 [105, 106].


현지 환경 적응

아프리카를 떠난 인류가 맞닥뜨렸던 가장 극명한 환경 변화 가운데 하나는 바로 위도의 상승에 따른 일조량의 감소였다. 적도 인근에 사는 인간 집단은 자외선에 의한 피부 손상 및 엽산(葉酸)의 광분해(photolysis)를 막기 위해 검은 피부를 가진다 [107]. 하지만 자외선은 골격의 발달과 건강에 필수적인 비타민 D 합성 촉진에 중요한 역할을 한다. 고위도에 살수록 자외선에 노출되는 정도가 적은 집단에게 엷은 피부색은 더욱 효율적인 비타민 D 합성에 이점이 되었으리라 생각한다. 고위도에서 살수록 엷은 피부색을 선호하도록 이끈 자연선택 때문에 몇 가지 유전자가 영향을 받았는데, 여기에는 MC1R, SLC24A5 그리고 (MATP라고도 알려진) SLC45A2가 포함된다 [108, 109].


인류가 지역 환경에 적응한 또 다른 사례는 티베트(Tibet) 같은 저산소(hypoxia) 환경에서 살고 있는 인간 집단에서 발견된다. 빌(Beall)이 진행한 연구에 따르면 고지대의 생활에 적응한 티베트인에게 저산소 상태에 따라 적혈구 생성을 조절하는 과정에 어떤 변화가 나타난 것으로 보인다 [110]. 티베트인 유전체 연구는 이러한 적응이 저산소 반응 기전에 관여하는 두 가지 유전자인 EPAS1 및 EGLN1의 대립유전자 빈도 변화 때문에 발생했다고 제시했다 [111,112,113,114].


섭식(攝食)의 변화, 특히 새로운 사냥법과 농경법의 출현과 관련이 있는 변화 또한 인간 유전체에 상당한 영향을 끼쳤다. 가장 잘 알려진 예로 [락토스(lactose) 과민증을 피하고자] 락토스 분해효소가 유전체 안에 계속 존속하도록 한 자연선택인데, 이것은 유럽과 아프리카의 낙농업 집단에서 LCT 유전자의 발현을 조절하는데 영향을 준다 [115, 116, 117]. 비슷하게, 고도불포화지방산(poly-unsaturated fatty acid) 합성을 촉진하는 FADS 유전자군(gene family)에 속한 유전자들은 인류가 채식을 하거나 또는 채식에서 멀어졌던 몇몇 전환기 동안 자연선택 아래 놓였던 것처럼 보인다 [118, 119, 120, 121].


하지만 현지 환경 적응을 이끌었던 가장 중요한 원동력은 아마도 현지 환경의 감염원일 텐데 [122], 이러한 사례에는 면역세포가 인지한 외래 펩타이드(foreign peptide)를 세포 바깥에 표시하는데 관여하는 주요 조직 적합 유전자 복합체(major histocompatibility complex)를 발현하는 유전자 [123] 그리고 아프리카에서 이형접합체 보균자(heterozygous carrier)일 때 말라리아(malaria)에 대한 저항성을 나타내도록 하는 베타-글로빈(β-globin) 및 G6PD 유전자가 포함된다 [124, 125]. [지역 환경에 적응한 인류의 사례를 소개하는 상세한 리뷰는 참고문헌 126에서 찾을 수 있다.]


자연선택에 대한 유전체 분석에서 얻을 수 있는 교훈

인간 유전체에 작용한 자연선택을 규명한 전체 유전체 수준의 여러 연구로부터 우리는 몇 가지 교훈을 얻을 수 있다. 첫째, 인간에 대한 자연선택을 조사한 초창기 연구 대부분은 자연선택이 새로운 돌연변이에 대해 즉각적으로 작용했다고 주장했지만, 수많은 사례를 고려했을 때 자연선택은 지속적인 변이 — 즉, 이러한 돌연변이가 선호되기 전 일부 시기 동안 나타났던 대립유전자에 대해서만 작용했음이 명백해지고 있다 [127]. 더욱이, 이러한 변이는 많은 경우에 다른 호미닌과의 이종교배로 이입되었다 [128, 129]. 네안데르탈인과 데니소바인으로부터 이입되었으며 자연선택의 작용으로 해부학적 현생인류에게 선호되었다고 밝혀진 유전자 변이 목록이 점점 더 증가하고 있다 [129]. 예를 들어, 티베트인의 고지대 적응에 영향을 준 EPAS1 단상체(haplotype)는 데니소바인으로부터 유입된 것으로 보이며, 주요 조직 적합 유전자 복합체와 MC1R 유전자에 대한 자연선택은 네안데르탈인으로부터의 유전자 이입 때문에 촉진되었으리라 생각한다 [130, 131]. 아프리카에서 출발해 전 세계로 이동한 인류가 새로운 환경에 마주하면서, 이미 현지 환경에 적응한 다른 종류의 호미닌과의 이종교배를 통한 유전자 이입은 이들 현생인류가 현지 환경에 재빨리 적응할 수 있도록 촉진했던 중요한 요소였으리라 생각한다. 특히, 감염에 대한 면역 및 저항에 관련된 유전자에 대해서는 사실로 보이는데, 해부학적 현생인류가 아직 면역을 확보하지 못했으며 서로 다른 호미닌 사이에서 감염이 가능한 병원체를 만났을 가능성이 있기 때문이다.


두 번째, 인간 유전체에 영향을 줬던 자연선택 대부분은 사람 때문에 발생한 환경 변화에 대응해 나타났다. 여기에는 문화의 혁신으로 추진된 섭식의 변화 및 사회 구조의 변화와 도시의 출현 때문에 급증한 집단 내 감염원 유입의 증가가 포함된다 [132]. 우리가 주변 환경을 바꿀수록, 그 결과로 야기되는 환경 조건의 변화는 새로운 선택압(selection pressure)을 유도한다. 따라서 생물학적 진화와 문화적 진화는 긴밀하게 연결되어 있다.


세 번째로, 자연선택 과정에 놓였던 유전자 변이와 인간 건강에 강한 영향을 주었던 변이 사이에는 종종 밀접한 관련이 있다. 따라서 의학 유전학에서 인간 진화 연구가 차지하는 중요성은 점점 커지고 있다. 예를 들어, 고지대 적응을 위해 선택되었다고 밝혀진 변이는 고혈압 연구에 유의미한 모델을 제시한다 [133]. 비슷하게, FADS 유전자군의 유전자 변이처럼 섭식 적응과 관련되어 자연선택을 겪은 유전자 변이는 유전체 정보를 통해 알 수 있는 개인 맞춤형 식량(personalized diets) 개발을 촉진할 수 있다.


네 번째, (토착 아프리카인, 유럽인, 아메리카인 그리고 오스트레일리아인과 같은) 대륙에 살고 있는 인간 집단 사이의 대립유전자 빈도에 엄청난 차이를 보이는 유전자는 피부, 머리카락 그리고 눈의 색소처럼 육안으로 볼 수 있는 형질과 연관되어 풍부하게 나타난다 [103]. 흥미로운 사실은 지리적으로 서로 다른 곳에 살고 있는 인간 집단 사이에서 색소 형성과 관련된 유전자 차이가 이들 사이의 평균적인 유전체 차이보다 더 많이 난다는 점이다. 따라서 머리카락 및 피부 색깔처럼 육안으로 나타나는 형질을 근거로 예상한 것보다 전 세계 다양한 지역에 분포하는 인간은 유전적으로 더욱 비슷하다.


마지막으로 눈 색깔, 머리카락 색깔, 또는 락토스 분해효소의 존속에 영향을 준 유전자처럼 상당한 영향을 끼친 유전자 변이는 흔치 않다. 대신에, 그러한 형질은 매우 복합적인 것처럼 보이며 유전체 전역에 존재하는 수많은 유전자좌(locus)의 영향을 받을 수 있다. 개별적인 유전자 위치에 작용하는 자연선택과는 달리 — 복합적인 형질에 작용해서 나타나는 자연선택의 결과인 — 다유전자성 적응(polygenic adaptation)은 심지어 몇 세대밖에 지나지 않았어도 재빨리 나타날 수 있지만, 개별 유전자좌에 작용한 자연선택의 족적(足炙)은 극단적으로 희미해서 표준적인 분석방법으로는 찾아낼 수 없다 [134]. 가장 잘 규명된 인간의 다유전자성 적응 사례로 북유럽인 키의 적응 증가 [135], 비유럽인 대비 유럽인 키의 소폭 적응 증가 [136], 그리고 사르데냐인 키의 감소에 작용한 자연선택을 들 수 있다 [137]. 키에 작용한 자연선택은 인간 유전체 대부분을 통틀어 유전자좌에 작은 영향을 끼쳤을 수 있다 [138]. 또한 다유전자성 적응은 북유럽인 유아의 머리 및 신체 크기 증가를 포함한 다양한 형태적 형질에 영향을 끼쳤을 수 있다 [138]. 인간에게 작용한 자연선택을 구성하는 요소 상당수가 다유전성일 가능성이 있지만, 이러한 부분은 자연선택 중인 유전체 영역이 어디인지를 조사하는 연구를 통해 밝혀져야만 한다.


인간 진화 유전체학을 위한 도전

인간의 유전체 자료를 기반으로 한 진화적·인구학적 추정은 때때로 상당한 논쟁을 불러일으킨 주제였다. 인류의 진화는 오직 한 번 있었던 자연의 실험이므로, 지난날의 인구 변동을 추론하는 일은 태생적 한계를 지닌 역사적 과학이다. 더욱이, 인류의 조상이 지리적으로 어디에 위치했는지는 현대인의 유전체로는 직접 추정할 수는 없어도, 고대인의 표본이 발견된 장소를 통해 간접적으로 추정하는 것이 일반적이다. 유전학적 분석이 사람 사이의 조상 관계에 대한 정보를 알려줄 수 있지만, 조상 DNA가 지리적 위치에 관한 정보까지 담고 있진 않다. 또한, 분지와 유전자 혼합이 발생했던 시기를 결정짓는 연대측정은 시간을 재는 시계만큼 유용하다. 돌연변이율은 인간 유전체 전체를 통틀어 사람마다 다를 수 있어서, 인구통계학적 연구에 사용해야만 하는 돌연변이율은 상당한 논쟁의 대상이었다. 연간 0.5 × 109 염기쌍(0.5 × 109 bp/yr)이라는 수치로 합의된 돌연변이율이 과거 몇 년 전에 출현했지만 [43], 돌연변이율 추정값은 그 값을 도출하기 위해 사용한 방법에 따라 달라진다. 이러한 추정값은 훗날 수정될 가능성이 있는데, 그 결과로 말미암아 과거에 진행되었던 연구에서 유전체 자료를 통해 추측한 진화적 사건의 연대측정에 영향을 줄 가능성이 있다. 이러한 한계에도 불구하고 현대인과 고대인 유전체 모두를 대상으로 한 분석의 진보는 인류 진화에 대한 우리의 이해를 여러 측면에서 변화시켰다.


네안데르탈인, 데니소바인 및 해부학적 현생인류 사이에 이종교배가 실재(實在)했음을 뒷받침하는 증거가 누적됨에 따라 인류 진화에서 유전자 이입이 차지하는 역할에 초점이 맞춰졌다. 거의 30년 전에 mtDNA 증거가 학계에 보고된 후 종종 인용되었던 아프리카 기원 모델의 가장 엄격한 버전이 주장하는 것처럼 [1] 해부학적 현생인류가 아프리카 외부의 다른 호미닌과 완전히 독립적으로 진화하지 않았다는 사실이 이런 연구를 통해서 발견되었다. 현생인류와 호미닌 사이에 있었던 이종교배의 수준은 — 때때로 느슨한 대체 모델(leaky replacement model)로 언급되는 — 인류 진화의 진정한 모델이 다지역 기원 모델과 아프리카 기원 모델 사이에 있다고 제시한다 [139]. 사실, 현대인의 유전체에서 나타나는 네안데르탈인과의 유전자 혼합 수준은 이들 호미닌의 유전자 이입이 있었던 시기에 현생인류의 유전체 안에 혼합되어 있었던 네안데르탈인의 유전자 양보다 상당히 과소평가되어 있다고 본다 [55, 140].


상당한 양의 네안데르탈인 DNA가 유전자 부적합성 때문에 또는 단순히 네안데르탈인에게 있었던 높은 수준의 근친교배 때문에 누적된 해로운 돌연변이 때문에 현대인의 유전체에서 제거되었다는 증거가 많이 있다 [51]. 네안데르탈인 유전자 혼합 비율 변화가 선형으로 나타난다는 사실을 고려했을 때 유전자 혼합이 발생했을 시기에 현생인류 유전체 안에 포함된 네안데르탈인 유전자의 비율이 약 5% 정도였을 것이라고 추측된다 [63]. 하지만 자연선택은 유전자 혼합 비율을 시간에 따라 선형적으로 줄이진 않았는데, 더욱 면밀한 수학적 분석에 따르면 인간의 유전체 안에 존재했던 네안데르탈인 DNA 비율은 원래 10% 정도였던 것으로 보인다 [140]. 네안데르탈인의 유효 집단 크기(effective population size)는 그 당시 인간 집단의 약 10% 정도였을 것이므로, (자연선택을 고려했을 때) 관찰된 유전자 이입은 인간과 네안데르탈인 사이의 유전자 혼합 정도가 유효 집단 크기에 비례해 진행되었음을 시사한다 [140]. 달리 말하면, 네안데르탈인은 환경에 대해 적응을 하지 못했거나 또는 인간과의 경쟁 또는 전쟁 때문에 멸종하지 않았을 것이다. 대신, 현생인류라는 종(種)에 단순히 흡수되었을 것이다. 예를 들어, 유라시아에서 발굴된 좀 더 오래전에 살았던 고대인의 유골을 대상으로 한 시퀀싱 분석을 통해 흡수 모델(absorption model)을 테스트할 수만 있다면 많은 논쟁의 대상인 네안데르탈인이 사라진 이유를 드디어 해결할 수도 있다. 비슷한 질문을 데니소바인에게도 할 수 있다. 예를 들자면, 오늘날 오스트랄라시아인에 존재하는 데니소바인에서 유래했다고 짐작되는 유전자 계보의 수준과 양상에 [해로운 돌연변이에 대한 역선택(negative selection)인] 정화선택(purifying selection)이 어떤 기여를 했는가? 데니소바인의 지리적 분포는 어떠했나? 그리고 인간과 데니소바인 사이의 유전자 이입은 어디에서 발생했나? 훗날 데니소바인 표본을 더 찾아내 그 유전체를 분석한다면 이러한 질문에 답하는 데 도움이 될 것이다.


미래에 고대 호미닌의 유전자 혼합을 연구할 수 있다면 복잡하게 얽힌 인류 진화의 이야기를 풀어나갈 수 있다. 아마도 가장 흥미로운 것은 전 세계 어딘가에 한 번도 발굴된 적이 없는 지역에서 찾아낸 표본의 유전체 자료로, 아직 밝혀지지 않은 고대인 혈통이 훨씬 더 많이 존재했는가와 같은 질문을 포함한 인류 진화 이론을 명확히 하는 데 도움이 될 수 있다. 진실로, 오늘날 아프리카인 집단으로부터 얻은 예비 자료는 유전자 확산이 적어도 하나 이상의 다른 고대 호미닌 혈통에서 일어났다고 말한다 [25, 26, 27].


한 세기가 넘은 시간 동안 연구자들은 현대 인간 집단 사이에 존재하는 생물학적·문화적 차이가 이들 집단의 오랜 고립 때문에 진화해 나타났는지 그리고 (문화적) 혁신은 지식의 확산을 통해 일어나는지 [141], 또는 인류의 이동과 집단 사이의 유전자 혼합이 유전적 차이와 문화적 변화를 이끈 원동력이 되었는지를 두고 토론해왔다 [142]. 일부 인간 집단은 오랜 시간 동안 여전히 고립된 채 살고 있지만 [44, 97], 지금까지 확보한 유전체 자료 분석을 놓고 판단한다면 인간 집단의 이동과 유전자 혼합이 과거에 생각했던 것보다 다양한 유전적·문화적 양상을 낳게 하는 데 상당히 큰 역할을 했음이 분명하다 [56, 57, 58, 60, 66]. 또한, 이러한 유전체 연구는 수많은 현대인이 가지고 있는 유전자 특징의 지리적 분포가 인류 진화의 역사에 상대적으로 늦게 정립되었다고 말한다 [60]. 그런데도 전 세계 많은 지역, 특히 아시아와 아프리카와 같은 곳에서 오늘날과 같은 유전적·문화적 차이의 분포를 이끈 역사적 사건에 대한 우리의 이해는 여전히 매우 파편화되어 있다.


고대인 유전체 연구는 빠르게 발전해왔으며, 지난 수년 동안 우리의 관심은 단일 유전체 연구에서 수백 구의 고대인 개체를 포함하는 집단 유전체 연구로 이동했다. 비록 이러한 일이 인간 진화 유전체학에 풍부한 통찰을 제공해왔지만, 이 분야는 여전히 걸음마 상태다. 전 세계 어딘가에 있는 한 번도 발굴된 적이 없는 지역에 초점을 맞추면서 현대인과 고대인 모두의 유전체를 시퀀싱하고 분석하고자 지속해서 노력한다면 오늘날 인류의 문화적·유전적 차이를 형성했던 사건을 묘사하는 더욱 완벽한 그림을 그리는 데 일조할 수 있다.


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요새 너무 바빠서 글 쓸 시간도 없다. 그래도 틈틈히 시간을 내서 책이나 논문은 읽는 편인데, 최근 발표된 리뷰 논문 가운데 관심이 가는 게 있어서 번역을 했다. 원 제목은 〈Tracing the peopling of the world through genomics〉으로 2017년 <Nature>에 게재된 진화인류학 (또는 진화유전체학) 동향을 소개한 글이다. 원 제목을 어떻게 번역할까 고민하다가 <유전체학으로 전 세계 인류 정착의 발자취를 따라가다>로 번역하기로 결정했다. 그리 마음에 들진 않는데, 능력 부족이니 별 수 없다.


너무 오랜만에 한 번역이라 전체적으로 마음에 들지는 않지만, 첫술에 배부를 수는 없다고 일단 이대로 놔두자.


원글의 링크로 같이 표시했으니 관심 있는 사람은 직접 읽어보시길. 엇 ... 그런데 Open Access가 아니네 ... 마음 같아선 원본도 같이 첨부하고 싶지만 ... 저작권 문제 때문에 마음에 걸린다. 뭐, 원글의 이미지 파일을 번역본에 무단 삽입했으니 이런 말따위 할 처지는 아니지만.


http://www.nature.com/nature/journal/v541/n7637/full/nature21347.html

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