DNA를 동전에 비유한다면? 생명의 기적—체세포분열과 감수분열의 비밀

사이언스 트레이너 구와코 켄입니다. 매일매일이 실험입니다.

당신이 이 세상에 태어날 확률은 과연 얼마나 될까요? 실제로 계산해 보면 천문학적으로 작은 숫자라는 사실을 알 수 있습니다. 이번에는 이처럼 놀라운 ‘기적의 확률’이 어떻게 만들어지는지, 우리에게 친숙한 100엔짜리 동전을 이용한 비유로 하나씩 풀어보겠습니다.

세포 분열을 ‘돈’으로 생각해 보자

한 선생님께 세포 분열을 돈에 비유한 재미있는 설명을 들었습니다. 돈을 이용한 비유라서 이해하기도 쉽네요.

우리 몸에서는 매일 수많은 세포 분열이 일어나는데, 세포 분열에는 크게 두 가지 종류가 있습니다. 몸을 만들고 유지하기 위한 ‘체세포 분열’과 자손을 만들기 위한 ‘감수 분열’입니다. 이 두 가지의 차이를 DNA를 100엔짜리 동전이라고 생각하고 비교해 보겠습니다.

아래 그림을 보면서 함께 살펴보세요. 참고로 이 그림은 JT生命誌研究館의 「감수 분열　다양성을 만들어 내는 엄격한 메커니즘」에서 인용했습니다. 도쿄대학교 분자세포생물학연구소의 와타나베 요시노리 선생님의 자료입니다.

인용: JT生命誌研究館 「감수 분열　다양성을 만들어 내는 엄격한 메커니즘」 와타나베 요시노리　도쿄대학교 분자세포생물학연구소

https://www.brh.co.jp/publication/journal/060/research_21

일반적인 체세포 분열의 경우

DNA 전체를 100엔이라고 생각해 봅시다. 100엔을 가지고 있는데, 그것이 200엔이 됩니다(DNA의 복제). 그리고 다시 100엔씩 나눕니다(100엔×2).

→　100엔　이　100엔×2(200엔)　이 됩니다

피부나 근육이 새롭게 만들어지고 교체될 때 일어나는 분열이 바로 이것입니다. 먼저 가지고 있던 DNA(100엔어치)를 통째로 복사해 200엔으로 만든 다음, 그것을 두 개의 세포에 100엔씩 나누어 줍니다. 따라서 만들어진 두 세포는 모두 원래 세포와 완전히 같은 100엔어치의 정보를 가지고 있는 셈입니다. 이렇게 하면 몸속의 세포들이 모두 같은 설계도를 계속 가지고 있을 수 있겠죠.

감수 분열의 경우

한편, 난자와 정자를 만들 때 일어나는 것이 감수 분열입니다.

DNA 전체를 100엔이라고 생각하면, 100엔을 가지고 있다가 그것이 200엔이 됩니다(DNA의 복제). 그런 다음 100엔과 100엔으로 나뉩니다(제1분열). (실제로는 이 과정에서 유전자 재조합도 일어나기 때문에 훨씬 더 복잡합니다.)

그리고 다시 두 개로 나뉘어 각각 50엔씩이 됩니다(제2분열).

→　100엔　이　50엔×2　×2세트(200엔)　이 됩니다.

100엔을 200엔으로 복사하는 단계까지는 같지만, 그다음에 한 번 더 분열이 일어납니다. 그 결과 만들어진 세포들은 각각 절반인 50엔어치의 정보만 가지게 됩니다.

그렇다면 왜 굳이 절반으로 줄여야 할까요? 난자(50엔)와 정자(50엔)가 수정 과정에서 합쳐졌을 때, 정확히 100엔, 즉 원래의 정보량으로 돌아가게 하기 위해서입니다. 만약 절반으로 줄이지 않고 100엔인 상태로 수정된다면, 자녀 세대에서는 200엔, 손자 세대에서는 400엔으로 DNA의 양이 계속 두 배씩 늘어나게 됩니다. 감수 분열은 세대를 거듭해도 DNA의 양을 일정하게 유지하기 위한 매우 합리적인 시스템인 것입니다.

50엔의 내용은 매번 다르다

여기서 재미있는 점은, 같은 ‘50엔’이라도 그 안에 들어 있는 내용, 즉 조합은 매번 완전히 같지 않다는 것입니다.

당신은 70조 분의 1의 기적

사람의 세포에는 46개의 염색체가 있으며, 이는 23쌍으로 이루어져 있습니다.

난자나 정자를 만들 때는 각각의 염색체 쌍에서 어느 한쪽을 선택해 50엔어치(23개)를 만들게 됩니다. 그런데 이 ‘선택’만으로도 이미 약 840만 가지의 조합이 만들어집니다(2의 23승=8388608가지).

게다가 부모 각각에게서 이런 조합이 만들어지기 때문에, 이를 서로 조합하면 약 70조 가지까지 늘어납니다(8388608^2). 게다가 실제로는 ‘유전자 재조합’이라고 하는 염색체의 일부가 서로 교환되는 현상까지 일어나기 때문에, 실제 가능한 조합의 수는 이보다도 훨씬 더 엄청나게 많아집니다.

즉, 부모님이 같은 방식으로 다시 한 번 아이를 낳는다고 해도, 태어나는 아이가 지금의 당신과 완전히 똑같은 DNA 조합을 가질 확률은 거의 0에 가깝다는 뜻입니다. 형제자매의 얼굴이나 성격이 서로 다른 것도 바로 이런 감수 분열의 ‘조합 뽑기’ 결과라고 할 수 있겠죠.

고작 100엔이 절반인 50엔으로 나뉘는 단순한 시스템의 뒤편에, 이렇게 거대한 확률의 드라마가 숨어 있다니 정말 놀랍지 않나요? 다음에 거울을 볼 때는, 지금 그 거울 속에 있는 얼굴이 70조 분의 1, 아니 그보다 훨씬 더 낮은 확률을 뚫고 탄생한 ‘기적의 조합’이라는 사실을 조금 떠올려 보세요.

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