Atlantic and Indo-Pacific separation in Palythoa sibling species: phylogenomic analyses using ultraconserved elements

해양 생물은 깔끔한 상자 안에 분류하려는 우리의 시도를 종종 무색하게 만듭니다. 이는 해저에 군집을 이루어 살아가는 작고 화려한 산호 모양의 동물인 조안사리아(zoantharians)에게 특히 해당되는 이야기입니다. 육안으로 보기에 이 생물들은 거의 동일해 보이는데, 이는 동일한 유전적 설계도가 환경에 따라 약간씩 다른 형태를 만들어낼 수 있는 '형태적 가소성(morphological plasticity)'이라는 특성 때문입니다. 이들은 너무나 닮았기 때문에, 과학자들은 오랫동안 어디서 한 종이 끝나고 다른 종이 시작되는지를 구분하는 데 어려움을 겪어왔습니다. 이는 단순히 이름을 올바르게 붙이는 문제가 아닙니다. 두 집단이 진정으로 별개의 종인지 이해하는 것은 그들이 어떻게 진화하고, 환경과 어떻게 상호작용하며, 어떻게 보호받아야 하는지를 아는 데 필수적입니다. 동물이 외형은 비슷하지만 유전적으로는 다를 수 있거나, 혹은 외형은 다르지만 실제로는 같은 종일 때, 그들의 가계도는 모호해집니다.

이러한 맥락에서 연구자들은 이 동물들의 두 특정 그룹, 즉 인도-태평양 지역에서 발견되는 Palythoa tuberculosa와 대서양에서 발견되는 Palythoa caribaeorum에 주목했습니다. 오랫동안 이들은 아메리카 대륙이라는 거대한 거리로 인해 서로 구별되는 별개의 종으로 취급되어 왔습니다. 그러나 이들의 밀접한 유사성과 전통적인 방법으로는 구분이 어렵다는 점 때문에, 과학자들은 이들이 정말로 별개의 혈통인지 아니면 단순히 하나의 복잡한 그룹 내에서의 변이인지 의문을 품게 되었습니다. 더 명확한 그림을 얻기 위해, 과학자 팀은 '초보존 요소(ultraconscerved elements)'라고 불리는 강력한 유전 도구를 사용하여 그 어느 때보다 깊이 들여다보기로 했습니다. 이것들은 유전체의 매우 안정적인 특정 부분들로, 연구자들이 서로 다른 개체들의 DNA를 매우 정밀하게 비교할 수 있게 해주는 신뢰할 수 있는 이정표 역할을 합니다. 이 표지들을 조사함으로써, 연구팀은 이 두 그룹이 별개의 종인지 아니면 하나의 진화하는 가족의 일부인지를 마침내 결정하기를 희망했습니다.

이 연구는 브라질, 홍해, 오키나와, 그리고 뉴칼레도니아라는 네 곳의 서로 다른 장소에서 수집된 다양한 표본들을 모았습니다. 연구진은 37명의 개체에 걸쳐 총 35,699개의 염기쌍에 달하는 116개의 특정 유전 영역을 포함하는 방대한 데이터셋을 분석했습니다. 그들은 이 동물들의 진화 역사를 재구성하기 위해 두 가지 다른 수학적 접근 방식을 사용했습니다. 한 방법은 DNA를 하나의 결합된 이야기로 보았고, 다른 방법은 개별 유전자가 각자의 별개 이야기를 들려준다는 점을 인정하며 개별 유전자를 조사했습니다. 이는 유전체의 서로 다른 부분이 때때로 서로 다른 역사를 가질 수 있기 때문입니다. 목표는 대서양의 동물들이 가계도의 한 가지에 묶이고 인도-태평양의 동물들이 다른 가지에 묶이는지를 확인하여, 이들이 별개의 종임을 입증하는 것이었습니다.

그러나 결과는 연구자들이 기대했던 명확한 분리를 보여주지 않았습니다. 두 개의 뚜렷한 그룹을 찾는 대신, 유전적 분석은 뒤엉킨 혼합물을 드러냈습니다. 대서양의 동물들이 인도-태평양의 동물들과 뒤섞여 있는 것으로 나타났으며, 두 지역을 나누는 명확한 유전적 경계는 존재하지 않았습니다. 데이터는 이 동물들이 대서양이나 인도-태평양 집단 중 어느 하나로 단일하고 통일된 가계도를 형성하지 못함을 보여주었습니다. 서로 다른 유전 영역들이 얼마나 일치하는지를 분석한 추가 연구에서도 낮은 일치율이 나타났는데, 이는 이 동물들의 유전적 역사가 복잡하며 DNA의 서로 다른 부분들이 서로 다른 이야기를 하고 있음을 시사합니다. 이러한 명확한 분리의 부재는 더 상세한 유전적 정보가 종의 경계를 푸는 문제를 해결하지 못했음을 나타냅니다.

이러한 결과는 이 동물들이 완전히 구별되는 진화적 혈통이 아님을 시사합니다. 유전적 차이가 나타나지 않는 것은 이 집단들이 여전히 연결되어 있을 가능성을 나타내며, 이는 아마도 장거리 이동을 하는 유생이나 성체의 움직임을 통해 가능할 것입니다. 이러한 이동은 자연적인 과정에 의해 발생하거나, 혹은 동물이 떠다니는 부유물에 올라타 바다를 건너는 것과 같은 인간의 활동에 의해 발생할 수도 있습니다. 또한 두 그룹이 공통 조상으로부터 분리된 지 얼마 되지 않아 그들의 DNA가 아직 뚜렷한 패턴으로 분화될 만큼 충분한 시간을 갖지 못했을 가능성도 있습니다. 연구는 P. tuberculosa와 P. caribaeorum이 별개의 두 종이라기보다는, 경계가 여전히 형성되고 있는 '종 복합체(species complex)'를 나타낼 가능성이 높다고 결론짓습니다.

궁극적으로, 이 연구는 모든 생물학적 미스터리를 해결하기 위해 방대한 양의 유전 데이터에만 의존하는 것의 한계를 강조합니다. 게놈 규모의 관점을 갖더라도, 진화 과정이 여전히 진행 중이라면 매우 최근의 분화는 눈에 보이지 않을 수 있습니다. 이 연구는 이 복잡한 관계를 진정으로 이해하기 위해서는 유전적 증거를 신체적 특성이나 생태적 데이터와 같은 다른 유형의 정보와 결합해야 한다는 생각을 뒷받침합니다. 이 동물들이 별개의 종이 되기 위한 초기 단계에 있거나, 혹은 광활한 대양을 가로질러 여전히 연결되어 있을 수 있음을 인정함으로써, 이 연구는 생물 간의 경계가 항상 날카롭기보다는 종종 유동적이고 변화 속에 있다는 더 미묘한 관점을 제공합니다.