감응유전

"아기가 전 남친을 쏙 빼닮았군요" - 한겨레21 기사

Telegony, 감응유전 (感應遺傳), 선부유전 (先父遺傳)
자식이 어미의 이전 교미 상대의 특성을 물려받는 현상.

아우구스트 바이스만이 이름 붙이고 진화론의 찰스 다윈 등이 유전현상(heredity)의 기전(mechanism)을 밝히기 위해 특별히 중시한 감응유전은 암컷의 이전 교미 상대가 그 암컷에 남긴 영향을 통해 다음 교미 상대와의 자식에까지 영향을 끼치는 현상, 즉 자식이 어미의 이전 교미 상대의 특성을 물려받는 현상을 의미한다. 재현실험에 실패하고 멘델의 유전법칙과 발견된 유전물질로 기전을 설명할 수 없었기 때문에 반증되었다 여겨졌으나, 후성유전학의 등장으로 이론적으로 설명할 수 있는 여러 기전들이 제안되었고, 좀파리, 송장벌레 등을 이용한 통제된 실험을 통해 실존하는 현상임이 입증되었다.

Kohlbrugge, J., 1910. Der Einfluß der Spermatozoiden auf den Uterus. Z. Morphol. Anthropol. 19–30.
Kohlbrugge, J.H.F., 1912. Die Verbreitung der Spermatozoïden im weiblicher Korper ¨ und im befruchteten Ei. Wilhelm Engelmann.
Austin, C., 1959. Entry of spermatozoa into the fallopian-tube mucosa. Nature 183, 908–909.
Austin, C., 1960. Fate of spermatozoa in the female genital tract. Reproduction 1, 151.
Austin, C., Bishop, M., 1959. Presence of spermatozoa in the uterine-tube mucosa of bats. In: Book Presence of Spermatozoa in the Uterine-Tube Mucosa of Bats. SOC ENDOCRINOLOGY 17/18 the COURTYARD, WOODLANDS, BRADLEY STOKE. BRISTOL ..., City, pp. R8–R9.
Bendich, A., Borenfreund, E., Sternberg, S.S., 1974. Penetration of somatic mammalian cells by sperm. Science 183, 857–859.
Brodsky, S.V., Ivanov, I., 2009. Spermatozoa-somatic cell fusion-A mechanism for microchimerism formation. J. Theor. Biol. 259, 190–192.

Bendich, A., Borenfreund, E., Sternberg, S.S., 1974. Penetration of somatic mammalian cells by sperm. Science 183, 857–859.
Ledoux, L., Charles, P., 1972. Fate of Exogenous DNA in Mammals, Uptake of Informative Molecules by Living Cells, pp. 397–413.
Watson, J.G., Carroll, J., Chaykin, S., 1983. Reproduction in mice: the fate of spermatozoa not involved in fertilization. Gamete Res. 7, 75–84.
Wolff, J.A., Malone, R.W., Williams, P., Chong, W., Acsadi, G., Jani, A., Felgner, P.L., 1990. Direct gene transfer into mouse muscle in vivo. Science 247, 1465–1468.
Holmgren, L., Szeles, A., Rajnavolgyi, ¨ E., Folkman, J., Klein, G., Ernberg, I., Falk, K.I., 1999. Horizontal transfer of DNA by the uptake of apoptotic bodies, Blood. J. Am. Soc. Hematol. 93, 3956–3963.

Lo, Y.D., Corbetta, N., Chamberlain, P.F., Rai, V., Sargent, I.L., Redman, C.W., Wainscoat, J.S., 1997. Presence of fetal DNA in maternal plasma and serum. The lancet 350, 485–487.
Lo, Y.D., Tein, M.S., Lau, T.K., Haines, C.J., Leung, T.N., Poon, P.M., Wainscoat, J.S., Johnson, P.J., Chang, A.M., Hjelm, N.M., 1998. Quantitative analysis of fetal DNA in maternal plasma and serum: implications for noninvasive prenatal diagnosis. Am. J. Hum. Genet. 62, 768–775.
Tsui, N.B.Y., Lo, Y.M.D., 2012. Recent advances in the analysis of fetal nucleic acids in maternal plasma. Curr. Opin. Hematol. 19, 462–468.
Bianchi, D.W., Zickwolf, G.K., Weil, G.J., Sylvester, S., DeMaria, M.A., 1996. Male fetal progenitor cells persist in maternal blood for as long as 27 years postpartum. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 93, 705–708.
Invernizzi, P., Biondi, M., Battezzati, P., Perego, F., Selmi, C., Cecchini, F., Podda, M., Simoni, G., 2002. Presence of fetal DNA in maternal plasma decades after pregnancy. Hum. Genet. 110, 587–591.
Lissauer, D., Piper, K., Moss, P., Kilby, M., 2007. Persistence of fetal cells in the mother: friend or foe? BJOG An Int. J. Obstet. Gynaecol. 114, 1321–1325.
Fan, H.C., Gu, W., Wang, J., Blumenfeld, Y.J., El-Sayed, Y.Y., Quake, S.R., 2012. Noninvasive prenatal measurement of the fetal genome. Nature 487, 320–324.

자식의 크기가 생물학적 아버지가 아닌 어미의 이전 교미 상대의 영향을 받은 좀파리와 송장벌레.

호주의 긴잎아카시아에 서식하는 좀파리(Telostylinus angusticollis, a.k.a Derocephalus angusticollis)의 의 경우 자식의 몸 크기가 생물학적 아버지가 아닌 어미의 이전 교미 상대의 몸 크기와 닮게 되는 현상을 보였다.

2014년도 Crean, Kopps, and Bonduriansky[1]의 연구에 따르면, 첫번째 교미한 수컷의 유전적 특성이 두 번째 교미한 수컷의 자식에게 남아있을 수 있다는 것이다.

본 논문을 이해하려면, 먼저 연구에서 high condition과 low condition으로 명명하고 있는 개념을 알아야 하는데, 이들의 선행 연구에 따르면, 유충시절에 먹이가 풍부한 환경에 노출된 T. angusticollis 파리의 수컷의 경우(high condition), 자식들의 몸 크기가 크고, 유충시절에 먹이가 풍부하지 않은 환경에 노출된 수컷의 경우(low condition), 자식들의 몸 크기가 작았다. 유전에 관한 일반적인 지식으로는 이해가 되지 않는 현상이지만, 후성유전학적 연구들에 따르면 DNA 자체에 기록된 정보 외에도 DNA의 전사나 RNA 번역 과정을 조절하는 메커니즘들이 존재하고 있으며, 이는 생장 환경과 같은 후천적 요소에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 따라서 이런 후성유전학적 과정을 통해 아버지 파리의 성장환경이 자손의 크기를 결정하는 어떤 기작을 조절하였고 그것이 생식과정을 통해 자식에게 전달되어 자식의 몸 크키 표현형에 영향을 주었다는 것이 선행연구에서의 주장이다.

물론 이 연구팀은 유전학팀이지 생화학자들이 아니기 때문에 구체적으로 후성유전학과 관련된 어떤 생화학적 메커니즘에 의해 아버지 파리의 성장 환경이 자손의 표현형을 결정하게 되는지에 대해 근거를 제시하지는 못했다. 다만 유전적으로 이 현상이 실험적 환경에서 반복되어 관찰되므로 후성유전학적으로 형질이 유전되었다고 본 것이다.

본 논문으로 돌아가면, 자신들의 선행 연구에서 발견한 이 현상을 이용하여 high/low condition을 각각 첫번째 교미한 수컷 파리와 두 번째 교미한 수컷 파리 모두에 적용하여 2x2 조건화를 했을 때, 첫번째 수컷과 두번째 수컷 중 누구에 의해 자식의 크기가 결정되는지를 보겠다는 것이 이 논문 첫번째 실험의 목표이다. high/low condition은 후성유전학적 현상이므로 이들은 이를 적용할 수 있는 다음과 같은 실험방법을 고안했다. 짝짓기는 할 수 있지만 아직 난소세포가 성숙되지 않아서 수정이 불가능한 T. angusticollis 암컷 파리를 첫번째 수컷과 교미시키면 정자와 난자 사이에 핵 융합이 일어나지 않아서 난자의 핵에 정자의 염색체가 들어가진 못하지만 정자 세포와 정액 내의 여러 물질들이 미성숙한 난소 세포들에 들어가서 영향을 미칠 수 있게 된다. 이 상태에서 2주 후에 두번째 수컷과 교미를 시키면 이 때에는 난자가 성숙되어 정자와 제대로 된 수정을 하게 되고 핵 융합을 통해 두번째 수컷 정자의 염색체와 암컷의 염색체가 합쳐지게 된다. 즉, 암컷은 첫번째 수컷에게서는 정자와 관련된 물질들만 받고 DNA(염색체)는 받지 않은 것이고, 두번째 수컷에게서는 DNA(염색체)와 정자 관련 물질들을 모두 받는 그런 상황이 된다. 여기서 2주의 간격을 준 것은 T. angusticollis의 암컷이 수정관 내에 정자를 보관하긴 하지만 2주 이상 지나면 이 보관된 정자를 통해 수정하여 알을 낳는 경우가 드물기 때문에, 이 실험에서 첫번째 교미한 파리의 정자가 수정되지 않도록 하는 장치이다. 물론 이걸로는 첫번째 수컷이 아닌 두번째 수컷의 정자로 잉태된 자식들이라는 게 증명이 되지 않으므로 부모와 자식들의 DNA를 뽑아서 유전형을 확인했다.

실험 결과 두번째 교미한 수컷이 아닌, 첫번째 수컷의 high/low condition에 따라 자식들의 평균적인 몸 크기가 결정되는 것이 확인되었다. 또한, 앞서 말한 유전형 분석을 통해 자식들이 정말 두번째 수컷의 자손인지 확인했는데, 35 가족은 두번째 교미한 수컷 파리의 자식들이었지만, 5 가족은 첫번째 수컷 파리의 자식이었고, 8 가족은 첫번째 수컷과 두번째 수컷의 자식들이 섞여있었다. 따라서 이 실험에 적합하지 않은 가족들을 제외하고 35 가족에 대해서만 다시 통계 분석을 해보았는데, 여전히 자식의 DNA와 직접적으로 연관이 없는 첫번째 수컷 파리의 조건에 따라 자식들의 평균적인 몸 크기가 결정되는 것이 확인됐다. 즉, 자식을 수정시키지 않은 첫번째 수컷 정액의 어떤 후성유전학적 요소들이 암컷 생식세포에 남아 있다가 두번째 수컷 자식들의 생물학적 특성을 결정짓는 데 작용한다는 것을 발견한 것이다.

이들의 두번째 실험은 첫번째 실험을 재확인 하는 것으로, 이번에는 두번째 수컷은 low condition으로 고정시키고 첫번째 수컷만 high/low로 조건화하되, 첫번째 수컷과 교미를 했는지 안 했는지 여부를 추가적으로 조건화하여 실험을 구성하였다. 실험 결과, 같은 공간에 있지만 막으로 분리해서 첫번째 수컷과 아예 접촉을 못한 1번 그룹이나, 만나서 접촉은 했지만 교미는 하지 않은 2번 그룹에서는 첫번째 수컷의 high/low 조건에 따라 자식들의 몸 크기가 결정되지 않았다. 하지만, 첫번째 수컷과 암컷이 실제로 교미를 한 3번 그룹에서는 첫번째 수컷이 high인지 low인지에 따라 자손들의 크기가 결정되었다. 즉 첫번째 수컷과 교미를 하고 그에 따라 정액이 미성숙한 난세포에 영향을 준 것이 두번째 수컷의 자식들의 유전 형질을 결정한 것이 맞다는 것이다.

참고로 본 연구에서 사용한 건 초파리가 아니라 좀파리다. 둘다 파리목에 속하나 초파리는 초파리과 초파리속이고, 연구에 사용한 Telostylinus angusticollis는 좀파리과 Telostylinus속에 속하는 파리다. 과거 토론에 초파리 한살이가 12일이므로 2주간 지연 후에 2차 짝짓기를 하는 것이 말이 안 된다는 내용이 있는데, 초파리 한살이는 10여일이지만 성체가 된 이후에도 계속 살 수 있기 때문에 총 60-80여 일까지 살 수 있다.[2] 더군다나 Telostylinus angusticollis는 초파리가 아니며, 정확한 생애주기는 찾기 어렵지만 한 연구[3]에 따르면 성체가 120여 일까지 생존한다.

Pascoal, S., Jarrett, B.J., Evans, E., Kilner, R.M., 2018. Superior stimulation of female fecundity by subordinate males provides a mechanism for telegony. Evol. Lett. 2, 114–125.
검정수염송장벌레(Nicrophorus vespilloides, https://species.nibr.go.kr/species/speciesDetail.do?ktsn=120000019626) 의 경우 이전 교미 상대가 암컷의 가임력에 미치는 영향을 통해 다음 교미 상대와 낳은 새끼의 크기에 영향을 미치는 것을 보였다.

말(Douglas, 1821; Finn, 1893)
돼지 (Giles, 1815; Lowe, 1896)
개 (Cornevin, 1891; Darwin and Murray, 1868)
고양이 (Lowe, 1896)
양 (Darwin and Murray, 1868; Finn, 1893)
쥐 (Gorczynski et al., 1983)
토끼 (Parer et al., 1995; Sobey and Conolly, 1986; Williams and Moore, 1991; Zhelnin, 1964)
인간 (Cornevin, 1891; Flint, 1877; Lingard, 1884; Lowe, 1896; Webber, 1896)


Douglas, G., 1821. III. A Communication of a Singular Fact in Natural History. By the Right Honourable the Earl of Morton, FRS in a Letter Addressed to the President. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, pp. 20–22.
Finn, F., 1893. Some facts of telegony. Nat. Sci. 3, 436–446.
Giles, D., 1815. Particulars of a fact, nearly similar to that related by lord morton, communicated to the president. In: In a Letter from Daniel Giles, Esq, Proceedings of the Royal Society of London Series I., vol. 2, p. 137.
Lowe, E., 1896. Telegony. Br. Med. J. 2, 1352.
Cornevin, C., 1891. Trait´e de zootechnie g´en´erale. JB Bailli`ere.
Darwin, C., Murray, J., 1868. The Variation of Animals and Plants under Domestication Edit.
Gorczynski, R., Kennedy, M., MacRae, S., Ciampi, A., 1983. A possible maternal effect in the abnormal hyporesponsiveness to specific alloantigens in offspring born to neonatally tolerant fathers. J. Immunol. 131, 1115–1120.
Parer, I., Sobey, W., Conolly, D., Morton, R., 1995. Sire transmission of acquiredresistance to Myxomatosis. Aust. J. Zool. 43, 459–465.
Sobey, W., Conolly, D., 1986. Myxomatosis-nongenetic aspects of resistance to myxomatosis in rabbits, oryctolagus-cuniculus. Wildl. Res. 13, 177–187.
Williams, C.K., Moore, R., 1991. Inheritance of acquired-immunity to myxomatosis. Aust. J. Zool. 39, 307–311.
Zhelnin, V., 1964. The phenomenon of telegony in rabbits. Krolikovodstvo Zvehovodstvo 7, 20–21.
Flint, A., 1877. A Text-Book of Human Physiology. D. Appleton and company.
Lingard, A., 1884. The hereditary transmission of hypospadias and its transmission by indirect Atavism. Lancet 123, 703.
Webber, H., 1896. Telegony, bmj. Br. Med. J. 2, 1083.

이 가설의 기원은 생각보다 멀리 올라가야 하는데, 고대 그리스의 아리스토텔레스가 그 기원이다. 아리스토텔레스는 아이의 특성에 영향을 끼치는 것은 단순히 임신 당시의 아버지와 어머니의 특성뿐만 아니라 어머니가 그 이전에 만났던 모든 수컷의 특성에 영향을 받는다고 보았다. 이것과 별개로 여성의 순결성에 대한 중시는 고대 사회에서 일반적이었으며 혼전순결을 깼을 때의 처벌도 강했다. 당시에는 물론 감응유전이라는 단어나 유전학적 이해가 없었을 테지만, "내 아이의 피에 다른 남자의 피가 흐르고 있다"는 인식은 흔했다.

이에 대해서[4] 첫번째로 과학적 기록을 남긴 사람은 다름 아닌 다윈으로 이전부터 동물 교배시에 감응 유전으로 보이는 현상이 일어난다는 걸 인지하고 있었고, 1868년의 저작[5]에서 이것을 설명하기 위해 자신의 범생설(pangenesis)[6]을 이용하여, 첫번째 성교한 수컷 정자의 특성이 gemmule 상태로 암컷의 몸에 존재하면서 돌아다니다가 난자가 형성될 때 합쳐져 두번째 수컷과 교배하여 낳은 자식의 생물학적 특성으로 발현된다고 보았다. 이에 대한 다른 논의로는 Bell(1896)[7]의 가설이 있는데 첫번째 자식을 잉태했을 때 첫번째 자식에게서 엄마로 전해진 어떤 물질이 엄마의 혈액 속에 존재하다가 아버지가 다른 두번째 자식을 임신했을 때 전해지는 방식으로 감응유전이 가능하다는 설명이다. [8]

이 시기 뿐만 아니라 그 후에서도 종종 감응유전 현상에 대한 보고가 존재하였고 사람에 대한 보고도 존재하였다. 요도하열이나 난청 내력이 있는 남자와 결혼해 해당 증세를 가진 자식을 낳았던 여자가 해당 증세가 없는 남편과 재혼 후에 아이를 낳았더니 또다시 요도하열이나 난청을 보였다는 것이다. 그러나 요도하열, 난청의 유전학적 원인이 완전히 규명되지 않았기도 하거니와, 해당 리포트의 아이가 유전적 원인으로 해당 증세를 보인 것인지 다른 생리학적 원인이 있는 것인지에 대한 자료가 없는 상황에서는 감응 유전 현상이라 단정 짓기가 어렵다. 더군다나 Liu (2011)[9]에서 들고 있는 전남편과 닮은 아이를 낳았다는 중국의 사례는 더더욱 감응유전이라 결론내리기 어려울 것이다.

한편 식물계에는 비슷한 현상이 존재하는데, 수컷 생식 세포(화분)의 형질이 씨앗의 특성에만 영향을 주는 게 아니라 암컷 식물의 체세포 특성에 영향을 준다는 xenia라는 현상이 잘 알려져 있다. 전통적인 생물학적 지식으로는 화분이 암컷의 체세포 특성에 영향을 줄 수 있다는 것을 이해하기 어렵지만, 식물을 재배하는 사람들에게 현상적으로 알려져 있고, 실험적으로 xenia를 재현하는 연구도 존재한다. 현재 xenia에 대한 정확한 생화학적 메커니즘은 알려져 있지 않은 것으로 보이지만, 감응유전을 주장하는 학자들은 이와 비슷한 현상이 동물에게도 존재할 수 있고 그것이 감응유전일 것이라는 추측을 하고 있다.

이러한 감응 유전에 대한 주장이 그동안 전혀 힘을 얻을 수 없었던 건, 스펜서(1893)[10]가 와이즈먼과의 논쟁에서 감응유전을 획득 형질이 유전된다는 한 근거로 사용했던 것에서도 보듯 감응유전이 유전학과 진화론의 근간을 뒤집는 학설인데다, 후에 행해진 실험들에서 이런 현상이 쉽게 발견되지 않았기 때문이다. 또한, 당시에는 후성유전학적 메커니즘은 커녕 유전물질이 무엇인지, 생화학적으로 어떤 일이 작용해서 유전자가 복제되고 전파되는지에 대해 전혀 알지 못했기 때문에 감응유전이 가능할 수 있는 과학적 메커니즘을 제시하는 것이 불가능했다.

한편 감응유전은 여성이나 장애인 및 다른 인종에 대한 차별적 요소로 작용할 수 있다는 점에서도 문제가 된다. 실제 인간에게 존재하는지, 존재하더라도 어떤 방식으로 얼마나 영향을 주는지에 대한 과학적 연구가 없음에도 성관계를 하거나 다른 남자의 아이를 임신한 여성은 몸에 흔적이 남는다는 낙인 효과가 발생할 가능성이 있다. [11] 또한, 장애인이나 열등하다고 여겨지는 인종의 남자가 여성을 더럽히고 유전적으로 열등한 요소들을 영구히 주입시킨다는 편견과 차별을 불러일으킬 수 있다.

예를 들어, 의학자 오스틴 플린트에 의한 다음의 기록에는 흑인 남자의 특성이 출산을 통해 백인 여성의 몸에 영구히 남는다는 시각이 담겨있다.

이런 문제점 때문에 감응유전설은 사회진화론이나 골상학과 같은 인종차별적 이론으로 치부되었다. 단순히 학설이 가진 차별적 요소 때문이라기보다, 19세기와 20세기 초에 행해진 감응유전에 대한 실험에서 성공적으로 재현되지 않았기에 받아들여지지 못했다. 실제로 존재하는 현상이라고 쳐도 드물게 발생하는데다 동물의 경우에도 유전적 원인을 분석하기 쉽지 않은데, 인간의 청각장애나 요도하열, 생김새 등에 대해 감응유전이라고 보고하는 사례들이 제대로 된 근거로 받아들여지기 어려웠을 것이다.

그러나 그 후 생물학적 연구가 누적되고 후성유전학이 발달하면서 어떤 연구자들은 새로운 아이디어를 얻게 되었고, 감응유전을 설명할 수 있는 메커니즘을 제시하기에 이르렀다. Liu (2011)[13]은 해당 리뷰 논문에서 감응유전과 연관되었을 것으로 추정되는 현대의 생물학 연구들을 소개하고 있다.

먼저 Austin (1959, 1960), Austin and Bishop (1959)[14]의 경우 박쥐의 자궁에서 정자가 점막을 뚫고 들어간다는 사실을 확인했고, 이를 근거로 (성급하지만) 세균의 형질전환처럼 정자의 유전형질이 암컷에게 전달된다고 결론내렸다. 그 후 쥐, 햄스터, 개 등에서 정자가 암컷 생식기관 내의 체세포를 뚫고 들어간다는 연구 결과들이 있었고, Brodsky and Ivanov (2009)[15]는 해당 레터에서 기존 연구들을 리뷰하면서 실제 생물 내부 상태(in vivo)에서 정자가 체세포를 뚫고 키메라 세포를 형성해 암컷 생체 내에서 장기간 존재할 것으로 추측하고 있다.

Watson et al. (1983)[16]의 경우 쥐의 정자에 있던 방사능 표지된 DNA가 자궁 벽을 넘어 림프절에 모이는 현상을 관찰했다. Ledoux and Charles (1972)는 혈관 주입을 통해 표지된 DNA를 암컷 쥐에 집어넣고 1-2시간 후 죽여 살펴보았더니 표지된 DNA가 암컷 쥐의 생식기관에서 발견된다는 것을 관찰했다.

감응유전을 주장하는 학자들이 메커니즘을 제안하기 위해 주목하는 최근의 생물학 연구는 두 갈래인데, 첫번째는 인간 엄마의 혈액 속에서 태아의 DNA가 발견된다는 연구이고, 두번째는 정자의 RNA가 retrotransposition을 통해 후성유전학적으로 형질을 전달한다는 최근의 연구들이다. 위의 연구들을 기반으로 두가지 메커니즘을 통해 감응유전이 일어날 수 있다고 제안하고 있는데, 첫번째는 첫 아이를 임신한 동물 암컷이 체내에 첫번째 자식의 유전자 일부를 간직하고 있다가 이것이 생식 세포로 전달되어서, 아버지가 다른 두번째 자식를 임신할 때 같이 유전될 수 있다는 것이다. 두번째는 정자의 retrotransposition과 관련된 메커니즘으로 자궁의 체세포를 뚫고 들어간 정자들이 자신이 만들어낸 cDNA를 암컷 체세포에 전달하고 이것이 생식 세포를 거쳐 난자에 유입된다는 것이다.

CC-white 이 문서의 내용 중 전체 또는 일부는
나무위키 감응유전 문서에서 가져왔습니다.