뿌리학습 · 고등 과학탐구
지질시대와 생물의 진화
지구에는 수많은 종류의 생물이 살고 있다. 이 다양성은 처음부터 있던 것이 아니라 아주 오랜 시간에 걸쳐 만들어졌다.
이 단원, 내가 꺼낼 수 있는지 확인해 볼까요?
15일 무료 · 끝나도 자동 결제 없음 · 이후 월 결제 9,800원부터
개념 정리
먼저 시간의 규모를 잡아 보자. 지구가 생긴 뒤 지금까지의 시간을 지질시대라고 하며, 생물의 큰 변화와 지질·환경의 변화를 바탕으로 몇 개의 시대로 나눈다. 연표에서는 비슷한 폭으로 그려지지만 실제 길이는 매우 다르다. 가장 오래된 선캄브리아 시대가 지구 역사의 대부분을 차지하고, 그 뒤의 고생대, 중생대, 신생대는 상대적으로 짧다.
각 시대를 구분하는 데는 화석이 쓰인다. 특정 시기에만 넓은 지역에 걸쳐 살았던 생물의 화석은 그 지층이 언제 만들어졌는지 알려 주는데, 이런 화석을 표준화석이라고 한다. 고생대의 삼엽충, 중생대의 공룡과 암모나이트, 신생대의 화폐석과 매머드가 대표적이다.
이 긴 시간 동안 지구의 환경은 크게 달라졌다. 지금의 환경을 기준으로 생각하기 쉽지만 그렇지 않다. 초기 대기에는 산소가 거의 없었고, 광합성을 하는 생물이 나타난 뒤에야 산소가 쌓이기 시작했다. 기온도 크게 오르내렸고 대륙의 배치도 달라졌다.
환경이 달라지면 생물도 달라진다. 지질시대의 경계에는 많은 종이 한꺼번에 사라지는 대멸종이 있었다. 대멸종을 다양성이 줄어드는 사건으로만 보기 쉬운데, 그 뒤를 보아야 한다. 사라진 생물이 차지하던 자리가 비면 살아남은 생물들이 그 자리로 퍼져 나가며 여러 방향으로 갈라진다. 그래서 대멸종 뒤에는 새로운 다양성이 만들어졌다. 중생대 말 공룡이 사라진 뒤 포유류가 다양해진 것이 그런 예다.
그렇다면 생물은 어떻게 달라질까. 여기에 두 가지 개념이 필요하다. 변이와 자연선택이다.
같은 종에 속한 개체들도 조금씩 다르다. 같은 종의 식물이라도 키가 다르고, 같은 종의 곤충이라도 색이 조금씩 다르다. 이런 개체 사이의 차이를 변이라고 한다.
변이는 왜 생길까. 두 가지가 주된 원인이다. 하나는 돌연변이다. 유전 정보가 복제되거나 전달되는 과정에서 염기 서열에 변화가 생기면 이전에 없던 새로운 형질이 나타날 수 있다. 다른 하나는 생식세포가 만들어지고 수정되는 과정에서 부모의 유전자가 다양하게 조합되는 것이다. 유성생식을 하는 생물의 자손이 부모와도 형제와도 조금씩 다른 이유가 여기에 있다.
여기서 가장 중요한 점을 짚어야 한다. 변이는 환경의 필요에 맞추어 목적을 가지고 생기는 것이 아니다. 추운 곳에 살게 되었으니 그에 맞추어 털이 길어지는 식이 아니라, 털이 긴 개체와 짧은 개체가 이미 섞여 있었던 것이다. 변이가 먼저 있고 환경은 그중 어느 것이 유리한지를 가를 뿐이다. 순서를 반대로 이해하면 진화 전체가 잘못 이해된다.
또 하나, 살아가면서 몸에 생긴 변화는 대부분 자손에게 전해지지 않는다. 운동을 많이 해서 근육이 커진 사람의 자녀가 그 근육을 물려받지 않는다. 자손에게 전해지는 것은 생식세포를 통해 전달되는 유전 정보다.
이제 자연선택이다. 어떤 환경에서 특정한 변이를 가진 개체가 살아남아 자손을 남기기에 더 유리하다면, 그 개체들이 더 많은 자손을 남긴다. 자손도 그 특징을 물려받으므로, 세대를 거듭할수록 집단에서 그 특징을 가진 개체의 비율이 높아진다. 이 과정을 자연선택이라고 한다.
자연선택에서도 오해하기 쉬운 점이 있다. 강한 개체가 살아남는다는 말로 이해하기 쉽지만, 기준은 힘이 아니다. 그 환경에서 살아남아 자손을 남기기에 유리한지가 기준이며, 환경이 달라지면 유리한 특징도 달라진다. 어두운 나무껍질이 많은 곳에서는 어두운 색이 유리하지만, 밝은 곳에서는 반대가 된다.
그리고 진화하는 것은 개체가 아니라 집단이다. 한 개체가 살아가는 동안 진화하는 것이 아니라, 여러 세대에 걸쳐 집단에서 형질의 비율이 달라지는 것이 진화다.
진화에 정해진 방향이 있다는 생각도 오해다. 진화는 그때그때의 환경에 따라 일어나며 미리 정해진 목표가 없다. 나중에 나타난 생물이 앞선 생물보다 더 우수한 것도 아니다. 각자 자신의 환경에 맞게 살아가고 있을 뿐이다.
이 과정이 어떻게 다양성을 만들까. 한 조상 집단이 여러 지역으로 나뉘어 서로 다른 환경에 놓였다고 해 보자. 각 지역에서 유리한 변이가 다르므로 자연선택의 방향도 달라진다. 오랜 시간이 지나면 집단들의 차이가 커져 서로 다른 종이 된다. 이런 갈라짐이 반복되면서 지금의 다양한 생물이 만들어졌다.
진화의 증거는 여러 곳에서 찾을 수 있다. 화석은 과거의 생물이 어떻게 달라져 왔는지 보여 준다. 겉모습과 하는 일이 달라 보여도 뼈의 구성이 비슷한 기관이 여러 동물에서 발견되는 것은 공통 조상에서 갈라졌음을 뜻한다. 생물들의 유전자와 단백질을 비교하면 가까운 종일수록 더 비슷하다. 바다로 격리된 섬에 그 섬에만 사는 생물이 있는 것도 증거가 된다.
진화는 아주 오랜 시간이 걸리는 일로 여겨지지만 짧은 시간에 관찰되기도 한다. 항생제 내성 세균이 그런 예다. 항생제가 세균을 내성이 있게 바꾼 것이 아니다. 내성에 관련된 변이를 가진 세균이 이미 있거나 새로 생겨났고, 항생제를 쓰자 내성이 없는 세균이 죽어 내성 세균의 비율이 크게 높아진 것이다. 변이가 먼저 있고 환경이 선택했다는 원리가 그대로 나타난다.
이 단원 시험에서 묻는 것
학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.
- [10통과2-01-02]변이의 발생과 자연선택 과정을 통해 생물의 진화가 일어나고, 진화의 과정을 통해 생물다양성이 형성되었음을 추론할 수 있다.
자주 하는 착각
지질시대와 환경 변화
- 지질시대를 일정한 길이로 나눈 것으로 본다. 연표에서 비슷한 폭으로 그려지기 때문이다. 지질시대는 생물의 큰 변화와 대멸종, 지질·환경의 큰 변화를 바탕으로 나누며 각 시대의 길이는 매우 다르다. 선캄브리아 시대가 지구 역사의 대부분을 차지한다.
- 지구의 환경이 지금과 비슷하게 유지되어 왔다고 본다. 현재를 기준으로 생각하기 때문이다. 대기의 조성, 기온, 대륙의 배치가 크게 달라져 왔다. 초기 대기에는 산소가 거의 없었다.
- 대멸종을 생물다양성이 줄기만 한 사건으로 본다. 멸종이라는 말 때문이다. 대멸종 뒤에는 빈자리를 차지한 생물들이 다양하게 갈라져 새로운 다양성이 만들어졌다. 줄어든 뒤 다시 늘어나는 과정이다.
변이와 자연선택
- 변이를 환경에 맞추어 생기는 것으로 본다. 필요해서 생긴다고 생각하기 때문이다. 변이는 환경의 필요에 따라 목적을 가지고 생기는 것이 아니다. 이미 있거나 새로 생긴 변이 가운데 그 환경에서 유리한 것이 선택되는 것이며, 순서가 반대다.
- 개체가 살아가면서 얻은 특징이 자손에게 전해진다고 본다. 노력하면 물려줄 수 있다고 생각하기 때문이다. 자손에게 전해지는 것은 생식세포를 통해 전달되는 유전 정보이며, 살면서 몸에 생긴 변화는 대부분 유전되지 않는다.
- 자연선택을 강한 개체가 살아남는 것으로만 본다. 적자생존이라는 말이 힘을 떠올리게 하기 때문이다. 기준은 힘이 아니라 그 환경에서 살아남아 자손을 남기기에 유리한지다. 환경이 달라지면 유리한 특징도 달라진다.
- 개체가 진화한다고 본다. 진화를 변화로만 이해하기 때문이다. 한 개체는 살아가는 동안 진화하지 않는다. 여러 세대를 거치며 집단에서 특정 형질을 가진 개체의 비율이 달라지는 것이 진화다.
- 진화에 정해진 방향이나 목표가 있다고 본다. 발전이라는 말과 겹쳐 읽히기 때문이다. 진화는 그때그때의 환경에 따라 일어나며 미리 정해진 방향이 없다. 나중에 나타난 생물이 더 우수한 것도 아니다.
진화와 생물다양성
- 생물다양성이 처음부터 지금처럼 존재했다고 본다. 현재의 다양한 생물을 보기 때문이다. 하나의 조상 집단이 여러 환경에 나뉘어 각각 다른 방향으로 변화하면서 다양한 종이 만들어졌다.
- 진화의 증거를 화석에서만 찾을 수 있다고 본다. 화석이 대표 증거로 다뤄지기 때문이다. 서로 다른 생물에서 기원이 같은 기관이 발견되는 것, 유전자와 단백질의 유사성, 지리적으로 격리된 지역의 생물 분포도 증거가 된다.
- 항생제 내성 세균이 항생제 때문에 내성을 갖게 되었다고 본다. 약이 세균을 변하게 했다고 생각하기 때문이다. 내성에 관련된 변이가 이미 있거나 새로 생길 수 있고, 항생제를 쓰면 내성이 없는 세균이 죽어 내성 세균의 비율이 높아지는 것이다. 자연선택이 짧은 시간에 관찰되는 사례다.
이런 오개념, 나도 갖고 있을까?
지질시대는 각 시대의 길이가 거의 일정하도록 나누어져 있다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
교과서나 참고서의 지질시대 연표가 비슷한 폭으로 그려지는 경우가 많아서 각 시대의 길이도 비슷할 것이라고 생각하기 쉬워요. 실제로는 지질시대를 나누는 기준이 시간의 균등한 분할이 아니라 생물의 큰 변화·대멸종, 지질·환경의 큰 변화이기 때문에 각 시대의 길이는 매우 다르답니다. 예를 들어 선캄브리아 시대는 지구 역사 전체의 대부분을 차지할 만큼 길지만, 연표에서는 좁게 표현되는 경우가 있어요.
지구의 대기 조성, 기온, 대륙의 배치는 지질시대 동안 지금과 크게 다른 모습으로 변화해 왔다.정답 보기
O (맞는 설명이에요)
우리가 매일 경험하는 현재 환경을 기준으로 생각하다 보면, 지구 환경이 늘 비슷했을 것이라고 여기기 쉬워요. 하지만 실제로는 초기 지구의 대기에는 산소가 거의 없었고, 기온과 대륙의 배치도 지금과는 매우 달랐어요. 지구 환경은 지질시대를 거치면서 끊임없이 크게 변화해 온 것이 맞아요.
대멸종은 생물다양성이 줄어들기만 하는 사건이다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
'멸종'이라는 단어가 주는 느낌 때문에 생물이 사라지는 것만 떠올리기 쉬워요. 실제로는 대멸종으로 생물다양성이 줄어든 뒤, 비어 있는 환경을 차지하려는 생물들이 여러 방향으로 갈라지면서 다양성이 다시 늘어나는 과정이 이어져요. 즉, 대멸종은 다양성이 줄어들고 다시 늘어나는 과정 전체를 포함하는 사건이에요.
나머지 OX 문제와 4지선다 문제는 앱에서 풀어볼 수 있어요.
자주 묻는 질문
교육부 고시 제2022-33호 과학탐구 교육과정 기반