적자생존: 자연선택은 정말로 어떻게 작동하는가

태평양에 자리한 작은 화산섬 무리에서, 핀치새들은 젊은 박물학자가 예상했던 방식대로 행동하기를 거부했다. 어떤 새들은 단단한 씨앗을 깨뜨리도록 만들어진 두툼하고 묵직한 부리를 지녔다. 또 어떤 새들은 꽃 속을 탐색하거나 나무껍질에서 곤충을 잡아내기에 알맞은 가늘고 뾰족한 부리를 지녔다. 그들은 가까운 친척처럼 보였지만, 각 섬과 각 먹이 자원은 저마다 조금씩 다른 도구를 선호하는 듯했다. 찰스 다윈은 1830년대 HMS 비글호 항해 중에 이 새들을 수집했고, 당시에는 그 새들의 완전한 의미를 깨닫지 못했지만, 이들은 생물학을 새롭게 빚어낼 한 아이디어를 보여주는 가장 유명한 사례 가운데 하나가 되었다.

그 아이디어가 바로 자연선택이며, 이것은 대부분의 사람이 생각하는 것보다 더 단순하면서도 더 기묘하다. 자연선택은 예견도, 의도도, 거창한 계획도 필요로 하지 않는다. 그것이 필요로 하는 것은 단지 세 가지 평범한 재료뿐이다: 생물은 서로 다르고, 그 차이의 일부는 자손에게 전해지며, 모든 개체가 똑같이 생존하고 번식하지는 않는다는 것이다. 이 단순한 사실들로부터, 충분한 시간이 주어지면, 생명의 경이로운 다양성이 비롯된다. 문제는 대부분의 사람이 알고 있는 표현, 즉 "적자생존"이라는 말이 거의 모든 이로 하여금 엉뚱한 것을 떠올리게 만든다는 점이다.

자연선택의 세 가지 재료

자연선택은 단일한 사건이 아니라, 세 가지 조건이 함께 충족될 때마다 나타나는 하나의 과정이다. 전문 용어를 걷어내고 나면 거의 자명해진다.

첫째, 변이: 어떤 집단에서든 개체들은 서로 다르다. 핀치새 무리 가운데 어떤 부리는 더 깊고, 어떤 부리는 더 얕다. 한 들판의 식물들 가운데 어떤 것은 더 크게 자라고, 어떤 것은 더 일찍 꽃을 피운다. 일란성 쌍둥이와 클론을 제외하면, 어떤 두 생물도 완전히 똑같지 않다.

둘째, 유전: 그러한 변이 가운데 적어도 일부는 유전되어, 부모로부터 자손에게 전해진다. 부리가 깊은 핀치새는 대개 평균보다 더 깊은 부리를 가진 새끼를 낳는 경향이 있다. 다윈은 유전이 어떻게 작동하는지 전혀 알지 못했음에도 그것을 분명하게 관찰했다. 그 메커니즘, 곧 DNA에 실려 전해지는 유전자는 20세기에 이르러서야 이해되었다.

셋째, 차등적 생존과 번식: 자원은 한정되어 있고 삶은 위험으로 가득하기에, 모든 개체가 똑같은 수의 자손을 남기지는 않는다. 어떤 개체는 일찍 죽고, 어떤 개체는 결코 번식하지 못하며, 어떤 개체는 살아남는 새끼를 많이 둔다. 만약 생물이 생존하고 번식하는 데 도움이 되는 형질이 유전될 수 있다면, 그 형질은 다음 세대에서 더 흔해진다.

이 순환을 여러 세대에 걸쳐 돌려 보면 집단은 점차 변화한다. 집단이 겨냥하는 목표 같은 것은 없으며, 오르고 있는 사다리 같은 것도 없다. 집단의 구성은 단지 어떤 변이체가 다른 변이체보다 더 많은 후손을 남겼기 때문에 변할 뿐이다.

"적자"가 실제로 의미하는 것

가장 큰 혼란을 일으키는 단어는 "적합도(fitness)"이다. 일상 언어에서 "fit(건강한, 적합한)"은 강하고, 빠르고, 건강하거나 운동 능력이 뛰어나다는 뜻이므로, "적자생존"은 가장 강한 자가 이기는 잔혹한 경쟁처럼 들린다. 그러한 그림은 심각하게 잘못되었으며, 실제로 해악을 끼쳐 왔다.

생물학에서 적합도란 단순히 번식 성공도를 뜻한다: 한 생물이 살아남아 생식 능력을 갖춘 자손을 얼마나 많이 남기는가이다. 적합한 생물이란, 그 형질이 마침 자신의 특정한 환경에 충분히 잘 들어맞아 경쟁자들보다 더 많이 번식하는 생물을 말한다. 어떤 상황에서는 힘이 도움이 될 수도 있지만, 다른 많은 상황에서는 무관하거나 심지어 비용을 치르게 한다. 공작의 거대한 꼬리는 그를 더 느리게 만들고 포식자의 눈에 더 잘 띄게 하지만, 암컷 공작이 그것을 선호하기에 그 꼬리는 번식 성공도를 높이며 계속 유지된다. 수백만 개의 알을 낳는 작은 기생충은, 기술적인 의미에서 보면, 새끼 한 마리를 겨우 길러내는 웅장한 호랑이보다 훨씬 더 "적합한" 존재일 수 있다.

또한 "적자생존"이라는 표현이 다윈이 처음 선택한 말이 아니었다는 점도 짚어둘 만하다. 그것은 철학자 허버트 스펜서가 만들어낸 말이며, 나중에야 종의 기원(On the Origin of Species) 판본에 채택되었다. 다윈 자신이 강조한 것은 "자연선택"이었는데, 이는 비둘기, 개, 농작물에 대해 육종가들이 행하는 인위선택과 대비시키기 위해 의도적으로 중립적으로 고른 용어였다.

선택은 편집하지, 발명하지 않는다

흔한 오해 가운데 하나는 자연선택이 필요할 때 새로운 형질을 즉석에서 만들어낸다는 생각, 마치 집단이 필요할 때 유용한 특징을 스스로 의지로 불러올 수 있다는 생각이다. 그럴 수는 없다. 선택은 이미 존재하는 변이에 대해서만 작용할 수 있다. 그것은 저자가 아니라 편집자다.

원재료는 돌연변이에서 온다: 유전 정보가 복제될 때 일어나는, DNA의 작고 무작위적인 변화 말이다. 대부분의 돌연변이는 중립적이어서 실질적인 효과가 없고, 많은 돌연변이는 해롭다. 다만 이따금 어떤 돌연변이가, 현재의 환경에서 그것을 지닌 개체를 조금 더 잘 생존하거나 번식하게 돕는 변이를 만들어낸다. 유성생식은 매 세대마다 기존 유전자를 새로운 조합으로 다시 섞음으로써 또 다른 다양성의 원천을 더한다.

결정적으로, 돌연변이는 필요에 대해 무작위적이다. 세균은 항생제가 다가오고 있다는 것을 감지하고 저항성을 불러내지 않는다. 오히려 거대한 집단 속에서, 이미 몇몇 세포가 마침 자신을 저항성 있게 만드는 돌연변이를 지니고 있는 것이다. 항생제가 도착하면, 취약한 세포는 죽고 저항성 있는 세포는 살아남아 증식한다. 환경이 저항성을 만들어낸 것이 아니라, 이미 존재하던 변이 가운데서 선택한 것이다. 이것이 바로 항생제 저항성이 자연선택의 가장 명확한 실세계 실증 가운데 하나인 이유이며, 의사들이 이러한 약물의 남용을 경고하는 이유이다.

선택에는 예견도 없고 도덕도 없다

진화의 결과물이 그토록 우아해 보일 수 있기에, 완벽한 목적을 향해 현명하게 선택하는 설계자가 일하고 있다고 상상하고 싶어진다. 자연선택에는 그러한 마음이 없다. 그것은 앞을 내다보지도, 미래의 필요를 예상하지도, 조건이 바뀐다 해도 과거의 결정을 되돌리지도 못한다.

이는 생물의 몸이 지닌 불완전함에서 분명히 드러난다. 예컨대 인간의 눈은 빛을 감지하는 세포가 들어오는 빛으로부터 등을 돌리고 있으며, 그 신경 배선이 망막 앞을 가로질러 지나가면서, 신경이 빠져나가는 자리에 맹점을 만들어낸다. 처음부터 새로 설계하는 공학자라면 이런 식으로 만들지 않겠지만, 진화는 처음부터 새로 시작하지 않는다. 진화는 이미 그 자리에 있는 것을 가지고 손질하며, 물려받은 구조 위에 작은 변형들을 켜켜이 덧붙인다. 포유류의 되돌이후두신경은 가슴 속으로 길게 내려갔다가 다시 목으로 올라오는 먼 우회로를 택하는데, 이 경로는 기린에게는 터무니없지만, 물고기 조상의 해부 구조가 남긴 흔적으로 보면 이치에 맞는다.

선택은 또한 우리가 공정함이나 진보라고 부를 만한 그 무엇에도 무관심하다. 번식을 높여 주는 형질은 그것이 수명을 단축시키거나 더 넓은 집단에 해를 끼치더라도 퍼져나간다. 진화는 그 어떤 본질적인 도덕적 방향도 만들어내지 않으며, 이것이 과학자들이 "사회진화론", 곧 사람들 사이의 불평등을 정당화하기 위해 진화론의 언어를 잘못 끌어다 쓴 신빙성 없고 해로운 오용을 강하게 거부하는 한 가지 이유이다. 무엇이 살아남는지를 묘사하는 자연은, 무엇이 마땅히 그래야 하는지를 규정하는 자연이 아니다.

선택이 일어나는 것을 지켜보기

진화는 흔히 빙하처럼 느릿느릿한 것, 수백만 년에 걸친 화석 속에서만 볼 수 있는 것으로 상상된다. 그 가운데 많은 부분은 느리지만, 선택은 또한 과학자가 직접 지켜볼 수 있을 만큼 빠르게 작용하기도 하는데, 특히 빠르게 번식하거나 갑작스러운 압력에 직면한 생물에서 그러하다.

갈라파고스의 바로 그 새들인 다윈의 핀치새는, 여러 세대에 걸쳐 개별 새들을 추적하는 연구자들에 의해 수십 년 동안 지속적으로 연구되어 왔다. 극심한 가뭄이 닥쳤을 때, 작은 씨앗은 귀해지고 단단하고 큰 씨앗만 남았으며, 그래서 더 깊고 더 강한 부리를 가진 핀치새가 더 잘 살아남았고, 집단의 평균 부리 크기는 불과 몇 년 사이에 측정 가능한 정도로 커졌다. 다시 습한 환경이 돌아오고 작은 씨앗이 다시 나타나자, 그 추세는 역전되었다. 환경이 바뀌었고, 그에 따라 집단도 바뀌었다.

다른 사례들도 똑같이 구체적이다. 산업혁명기 영국의 회색가지나방은, 매연이 나무껍질을 검게 물들여 밝은색 나방이 새들의 눈에 더 잘 띄게 되면서 어두운색 형태가 늘어났다가, 대기 정화법이 오염을 줄인 뒤로는 그 어두운 형태가 줄어드는 모습을 보였다. 세균은 병원에서 몇 달이라는 시간 척도로 항생제 저항성을 진화시킨다. 곤충은 철마다 농약에 대한 저항성을 키운다. 이것들은 가상의 이야기가 아니라, 차등적 생존이 실시간으로 집단을 다시 빚어내는 모습을 보여주는, 문서로 기록되고 반복 가능한 관찰들이다.

작은 변화에서 새로운 종으로

선택이 한 집단 내에서 형질의 빈도를 슬쩍 밀어줄 뿐이라면, 어떻게 그것이 새로운 종처럼 극적인 무언가를 만들어낼 수 있을까? 그 답은 긴 시간에 걸쳐 함께 작동하는 축적과 격리에 있다.

같은 종의 집단들이, 대양이나 산맥, 새로 생긴 강, 혹은 단지 거리에 의해 갈라지게 되면, 그들은 자유로운 상호 교배를 멈춘다. 그러면 격리된 각 집단은 저마다 고유한 돌연변이와 고유한 선택압을 겪게 되는데, 한 섬의 먹이, 기후, 포식자가 다른 섬의 그것들과는 다르기 때문이다. 세대를 거듭하며 집단들은 유전적으로 서로 멀어진다. 마침내 그 차이가 충분히 커져서, 설령 두 집단이 다시 만난다 해도 더 이상 성공적으로 상호 교배할 수 없게 된다. 그 시점에서 생물학자들은 이들을 별개의 종으로 인정한다. 이러한 가지치기가 바로 갈라파고스 전역에 걸쳐 서로 구별되는 핀치 종들을 만들어낸 과정이며, 각각은 제 보금자리의 특정한 조건에 의해 빚어진 것이다.

수십억 년과 헤아릴 수 없이 많은 계통에 걸쳐 반복된 이와 똑같은 논리가, 위대한 생명의 나무를 설명해 준다. 자연선택이 진화의 유일한 힘은 아닌데, 무작위적 유전적 부동과 그 밖의 요인들 또한 중요하며, 과학자들은 이 영향들이 어떻게 결합되는지를 계속 연구하고 있다. 그러나 생물이 자신의 환경이 요구하는 바에 그토록 잘 들어맞아 보이는 까닭은, 여전히 선택이 그 핵심 이유로 남아 있다.

핵심 요약

자연선택은 생명의 다양성 뒤에 자리한 조용하고 마음 없는 엔진이며, 그것을 이해한다는 것은 "적자생존"에 들러붙은 신화들을 걷어내는 일이다. 자연선택은 세 가지 단순한 재료로 굴러간다: 생물은 서로 다르고, 그 차이의 일부는 유전되며, 개체들은 살아남는 자손을 얼마나 남기는가에서 서로 다르다. "적합도"는 힘이나 속도가 아니라 특정한 환경에서의 번식 성공도를 뜻하며, 그렇기에 연약한 기생충이 호랑이를 진화적으로 능가할 수 있는 것이다. 선택은 필요할 때 형질을 발명할 수 없다; 그것은 돌연변이와 번식이 공급하는 무작위적 변이를 편집할 수 있을 뿐이며, 예견도, 계획도, 도덕도 없어서 인간 눈의 맹점 같은 기묘한 불완전함을 뒤에 남긴다. 우리는 그것이 실시간으로 작용하는 모습을, 가뭄이 빚어낸 핀치새의 부리에서부터 항생제 저항성에 이르기까지 지켜볼 수 있으며, 충분한 시간과 격리가 주어지면 그 작은 변화들이 쌓여 완전히 새로운 종을 이룬다. 야만적인 경쟁과는 거리가 멀게, 자연선택은 그저 유전과 변이, 그리고 모두가 번식할 수는 없는 세계가 빚어내는 피할 수 없는 결과일 뿐이다.