멘델의 완두

1865년 브르노의 한 수도사가 완두 약 3만 그루를 교배한 결과를 발표했고, 거기서 3대 1이라는 비가 거듭 나왔습니다.

왜 완두였을까

멘델이 살던 시대에 과학자 대부분은 섞임 유전(blending inheritance)을 믿었습니다. 빨간 물감과 흰 물감을 섞으면 분홍이 되듯이, 자손은 부모의 모습이 고르게 섞여서 나온다고 생각한 것입니다. 만약 그 생각이 맞다면, 어떤 형질이 한 번 사라졌다가 나중에 다시 나타나는 일은 일어날 수 없습니다. 멘델은 이 생각을 깔끔하게 시험해 볼 수 있는 생물을 실험 재료로 골랐습니다. 완두는 보통 닫힌 꽃 안에서 스스로 꽃가루받이를 합니다. 그래서 언제나 같은 꽃 색이나 같은 씨 모양을 내는 계통, 즉 순종(true-breeding) 계통을 유지하기가 쉽습니다. 게다가 완두는 한 철이면 다 자라고, 한 번에 수천 그루를 기를 수 있었습니다. 그래서 그가 얻은 결과를 우연으로 설명할 수도 없었습니다.

또 멘델은 둘 가운데 하나로 분명하게 갈리는 형질만 골랐습니다. 보라색 꽃과 흰 꽃, 둥근 씨와 주름진 씨, 노란 씨와 초록 씨, 큰 키와 작은 키처럼 모두 일곱 가지 형질입니다. 두 그루를 교배할 때는 먼저 한쪽 꽃에서 꽃가루를 만드는 부분을 익기 전에 떼어 냈습니다. 그런 다음 다른 품종의 꽃가루를 손으로 그 꽃에 묻혀 주었습니다. 이때 부모 식물들을 P 세대라고 하고, 그 자손을 F1 세대라고 합니다. 그리고 F1 식물이 스스로 꽃가루받이를 하도록 두어서 얻은 자손을 F2 세대라고 합니다.

숨었다가 다시 나타나는 형질

멘델이 순종 보라색 꽃과 순종 흰 꽃을 교배하자 F1은 모두 보라색 꽃이었습니다. 만약 섞임 유전이 맞았다면 연한 보라색 꽃이 나와야 했습니다. 이어서 그 F1 식물들이 스스로 꽃가루받이를 하게 두었더니, 흰 꽃이 다시 나타났습니다. F2에서 보라색 705그루, 흰색 224그루로, 비는 705 ÷ 224 ≈ 3.15 대 1입니다. 나머지 여섯 형질도 모두 똑같은 방식으로 나타났습니다. 한쪽 형태가 F1에서는 사라졌다가, F2에서는 약 4분의 1에서 다시 돌아온 것입니다. 멘델은 F1에서 겉으로 드러난 형태를 우성(dominant), 숨어 버린 형태를 열성(recessive)이라고 불렀습니다.

OpenStax 생물학 교과서에서 가져온 이 표는 멘델의 F2 개수이며, 합계는 관찰값 19,959건입니다. 어느 비도 정확히 3:1은 아닙니다. 실제로 모은 자료는 원래 이런 모습입니다. 그리고 센 개수가 많을수록 비는 3에 더 가까워지는 경향이 있습니다. 씨앗을 수천 개씩 센 씨 형질은 비가 2.96과 3.01로 나왔고, 580그루만 센 꼬투리 색은 2.82로 나왔습니다.

멘델의 설명

멘델은 이 결과를 설명하려고 이렇게 제안했습니다. 식물은 형질마다 「단위 인자」를 두 개씩 가지고, 부모는 두 개 중 하나를 무작위로 물려주며, 인자는 섞이지 않고 따로 남는다는 것입니다. 보라 × 흰색 교배에서 나온 F1 식물은 보라 인자 하나와 흰색 인자 하나를 함께 가지고 있고, 이때 보라 인자가 흰색 인자를 가립니다. 이런 식물 두 그루를 서로 교배하면 각 식물이 보라 인자나 흰색 인자를 같은 확률로 물려줍니다. 따라서 자손의 4분의 1은 흰색 인자를 두 개 받아 흰 꽃을 피웁니다. 오늘날에는 이 단위 인자를 유전자(gene)라고 부르고, 한 유전자의 서로 다른 형태들을 대립유전자(allele)라고 부릅니다. 아래 사각형으로 3:1을 직접 확인한 뒤, 기르기를 눌러 무작위 결과를 멘델의 수와 비교해 보세요.