정의
유전적 다양성(遺傳的多樣性, genetic diversity)은 하나의 종(species) 내에서 나타나는 유전자의 생물다양성을 뜻하는 개념이다. 유전자 다양성(遺傳子多樣性)이라고도 한다. 이는 생물다양성(biodiversity)을 구성하는 세 가지 수준, 즉 유전적 다양성, 종 다양성(species diversity), 생태계 다양성(ecosystem diversity) 가운데 가장 기초적인 수준에 해당한다.
유전적 다양성은 한 종에 속하는 개체군(population) 내부 또는 개체군 사이에서 나타나는 유전적 변이(genetic variation)의 정도를 의미한다. 같은 종 내에서도 개체마다 유전자 조합이 다르기 때문에 형태, 생리적 특성, 행동 등에서 차이가 나타난다. 유전적 다양성은 단순히 유전형질 간의 차이만을 다루는 유전자 변이(gene variation) 개념과 달리, 유전형질의 변화 과정까지 함께 고려한다는 점에서 구별된다.
형성 기작
유전적 다양성은 각 세대마다 증가하며, 이는 돌연변이(mutation), 교차(crossover), 연관(linkage), 유전자 재조합(recombination) 등의 영향을 받는다. 유전적 다양성은 집단유전학(population genetics)의 여러 이론과 가설의 기반이 되는 핵심 개념이다.
중립 진화 이론(neutral theory of evolution)에 따르면, 유전적 다양성은 선택적 이점이나 불이익이 없는 중립적인 유전자 대체가 축적된 결과이다. 또한 여러 형태의 자연선택(natural selection) 역시 유전적 다양성을 유발한다. 분열성 선택(disruptive selection)은 하나의 종에 속한 하위집단이 서로 다른 환경에 처해졌을 때 서로 다른 자연선택을 겪게 되어 유전형질이 달라지는 현상을 설명한다. 빈도 의존 선택(frequency-dependent selection)은 집단 내 특정 유전형질의 빈도가 그 형질의 적응도(fitness)에 영향을 준다는 가설이다.
생존과 적응에서의 중요성
유전적 다양성은 자연환경의 변화에 대처하는 생물 종의 생존과 적응 능력에 중요한 역할을 한다. 유전적 다양성이 큰 집단에서는 보다 다양한 유전자가 고착 형질로 선택될 수 있어, 환경 변화에 대한 적응 가능성이 높아진다. 반대로 유전적 다양성이 낮은 종은 환경 변화에 대응하는 능력이 제한되어 멸종 위험에 더 크게 노출된다.
유전적 다양성이 낮은 집단에서 이루어지는 생식은 근친교배(inbreeding)와 유사하게 유전자 결함이 발현될 확률을 높인다. 대표적인 사례로 멸종 위기에 처한 치타(cheetah)를 들 수 있다. 치타는 과거 유전자 병목 현상(genetic bottleneck)을 겪은 이후 유전적으로 매우 유사한 집단 간의 교배가 지속되어 유전적 다양성이 크게 낮아진 것으로 알려져 있다.
농업에서의 의미
인간은 농업을 시작한 이래 품종 개량을 통해 재배 작물의 유전적 다양성을 제한해 왔다. 특히 경작지에 단일 품종만을 재배하는 단작(monoculture) 방식은 작물의 유전자 다양성을 극도로 억제하는 결과를 가져왔다. 유전형질이 거의 동일한 작물이 넓은 지역에 퍼지면 특정 질병에 대해 전체 작물이 동시에 취약해지는 문제가 발생한다.
이와 관련된 역사적 사례로 1840년대 아일랜드 대기근(Irish Potato Famine)이 있다. 아일랜드 전역에서 단일한 품종의 감자만을 재배한 결과 감자잎마름병(potato blight)이 급속히 확산되어 대규모 기근으로 이어졌다. 이는 낮은 유전적 다양성이 초래할 수 있는 실질적 위험을 보여주는 대표적인 사례이다.
유전적 다양성의 변화 경로
자연계에서 유전적 다양성은 여러 경로를 통해 증가하거나 감소한다. 예를 들어 해양의 플랑크톤에서는 바이러스가 여러 종의 플랑크톤 사이에서 유전자를 전달하는 수평적 유전자 이동(horizontal gene transfer)을 통해 유전적 다양성 증가에 기여하는 것으로 알려져 있다.
한편, 2007년 미국 자연과학 재단의 연구에서는 유전적 다양성이 생물 다양성과 상호 의존 관계에 있다는 점이 보고되었다. 해당 연구에 따르면 생물계에서 한 종류의 형질이 사라지면 생태계 내 순환이 파괴되고 그 영향이 종 전체로 확산될 수 있다.
측정과 연구
현대 생물학에서는 유전적 다양성을 측정하기 위한 다양한 방법이 사용된다. DNA 염기서열 분석, 유전자 마커 분석, 단일염기다형성(single nucleotide polymorphism, SNP) 분석 등이 대표적이다. 유전적 다양성의 손실은 보존생물학(conservation biology) 분야에서 중요한 연구 주제로 다루어지고 있으며, 멸종 위기 종의 보전과 유전자원 관리에 있어 핵심적인 고려 사항이다.
