출산율을 높이는 유전자는 수명을 단축하는 것으로 밝혀져!

출산율을 높이는 유전자는 수명을 단축하는 것으로 밝혀져!

자손의 번식을 위해서라면 목숨을 바칠 수 있을까?
미국 미시간대학(UMich)에서 수행된 연구에 따르면 인간에서 생식능력을 강화하는 유전자를 가진 사람들은 수명이 단축되는 경향이 있음을 보여주고 있습니다.

지금까지 생물에게는 '생식능력과 수명이 트레이드오프(trade-off. 이율배반적 관계)'의 관계에 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 사람 전체에서 밝혀진 것은 이번 연구가 처음입니다.

그러나 도대체 왜 사람을 포함한 생물들은 수명을 희생시켜 생식능력을 강화하는 가혹한 길을 갔을까요?

 

They found reproduction and lifespan to be genetically strongly negatively correlated, meaning that genetic mutations that promote reproduction tend to shorten lifespan.

In addition, individuals carrying mutations that predispose them to relatively high reproductive rates have lower probabilities of living to age 76 than those carrying mutations that predispose them to relatively low reproductive rates, according to the study.

자세한 연구 내용은 2023년 12월 8일에 『Science Advancedes』로 공개되어 있습니다.

◆ 왜 사람은 늙어 죽는가?
출산율을 높이는 유전자는 수명을 단축하는 것으로 판명!

우리는 왜 늙어 죽는가?
다세포 생명에게는 오래 살고 더 많은 생식기간을 보내는 것이 유리할 것입니다.

또 사회성을 가진 인간이나 코끼리 등에서는 '장로'의 존재가 공동체의 지식을 축적하는 역할을 하기 때문에, 늙어 죽는 시스템은 그런 점에서 불리하게 작용합니다.

따라서 장수(長壽)하는 것이 유리하다는 이론은 얼핏 보면 생물학적으로나 사회학적으로나 타당해 보입니다.
그러나 장수하는 것의 이점을 누리는 전제조건으로 생물들은 종내(種内) 생식경쟁에서 이겨야 합니다.

장수 유전자를 가지고 있다고 해도 종내에서 인기가 없으면 자손을 남길 수 없고, 애써 갖게 된 장수 유전자도 끊어지게 됩니다.

보다 속된 표현을 한다면, "100세까지 사는 못생긴 사람과 50세까지 사는 꽃미남이 있다면 자손을 남길 수 있는 것은 절반의 수명밖에 갖고 있지 않은 꽃미남이 될 것이고, 60세까지 사는 꽃미남과 30세까지만 사는 꽃미남이라면 자손을 남길 수 있는 것은 절반의 수명밖에 없는 꽃미남이 될 것입니다.

(※여기서 말하는 꽃미남이란 높은 생식능력을 비유한 것 뿐입니다. 높은 생식능력은 남녀 관계없이 임신의 용이성이나 인생의 초기부터 자손을 남길 기회를 얻기 쉬운 특성을 말합니다.)

그러면 흥미로운 현상이 일어납니다.

위의 예는 상당히 급진적이기는 하지만 장수(長壽)가 유리하다는 이론이 '생식 경쟁의 결과'에 무너지고 맙니다.
비록 장수(長壽)할지라도 그 특성은 번식이 한창인 젊은 시절에는 영향을 주지 않습니다. 반대로 나이가 들면서 불리하게 작용하는 특성(단명)은 번식에는 영향을 주지 않습니다.

미국의 조지 윌리엄스는 일찍이, 이 부분을 진지하게 고찰해, 생식능력과 수명에 관한 새로운 이론 「길항적 다면발현성 가설(antagonistic pleiotropy). 성장호로몬을 유도하는 유전자가 한편으로 생식력을 높이지만 다른 한편으로는 노화를 가속화하고 암을 유발한다」을 주장했습니다.

뭔가 어려울 것 같은 가설이지만, 그 본질은 '장수하는 못생긴 사람과과 단명의 꽃미남'의 비유와 같습니다.
즉, 장수(長壽)는 기본적으로 유리하게 작용하는 개체의 유전자가 생식능력이 완전한 개체의 유전자로 구축되어 버릴 수 있다는 것입니다.

출산율을 높이는 유전자는 수명을 단축하는 것으로 판명된 것입니다.
따라서 윌리엄스는 결과적으로 '생식능력과 수명의 트레이드오프(trade-off. 이율배반적 관계)'가 발생한다고 말합니다.

현대적인 유전학식으로 말한다면 '생식능력이 유리해지는 대신 수명에는 불리하게 작용하는 유전자 변이가 일어나도 집단에게 받아들여진다'가 될 것입니다.
예를 들어 어떤 유전자는 수명에 악영향을 주는 질환과 관련이 있지만 생식능력에는 유리하게 작용한다는 특성을 가지고 있는 경우가 있습니다.

이때 생물은 장수(長壽)에 불리하더라도 이 유전자를 우선적으로 계승해 버릴 가능성이 있습니다.
실제로 지금까지의 연구에서도 윌리엄스의 '길항적 다면발현 가설'은 몇몇 생물종에 해당하는 것으로 나타났습니다.

예를 들어 한 곤충의 연구에서는 평균 자손 수를 '줄이는' 유전자 변이가 벌레의 수명을 연장하고 있는 것으로 나타났습니다.
인간에서도 관상동맥질환을 일으키는 유전적 변이를 가진 사람(단명한 경향)은 평균에 비해 상당히 많은 아이의 수를 갖는 것으로 보고되었습니다.

또한 플라밍엄 심장연구(FHS:심장혈관에 관한 대규모 코호트 연구)의 보고에 따르면 여성이 낳은 아이의 수와 여성의 수명 사이에 유의미한 '음의 상관관계'가 관찰된 것으로 나타났습니다.
다만, 인간에 있어서의 이러한 보고가 인간이라는 종(種) 전체에 있어서 「생식능력과 수명의 트레이드오프」가 존재하는 증거가 될지는 아직 확인되지 않았습니다.

그래서 이번에 미시간 대학 연구자들은 인간에게 길항적 다면발현 가설이 해당되는지 확인하는 대규모 조사를 하기로 했습니다.

◆ 생식능력과 수명의 균형은 인간에게도 일어나고 있었다
여기서는 76세까지만 나타나지만, 차이는 고령이 될수록 확대되는 경향이 있었습니다.

여기서는 76세까지만 나타나지만, 차이는 고령이 될수록 확대되는 경향이 있었습니다.

인간에게 '생식능력과 수명의 트레이드오프'는 일어나고 있는가?
답을 얻기 위해 연구자들은 'UK바이오뱅크'에 등록된 27만 6000명의 사람들의 유전자를 분석해 자녀 수와 건강상태, 수명과 같은 매개변수와의 상관관계를 조사했습니다.

'UK바이오뱅크'에는 사람들의 건강상태와 생활습관, 수명, 자녀수, 커피파냐 홍차파냐 하는 식성에 이르기까지 다양한 데이터가 저장되어 있어 현대 유전분석에 매우 유용한 정보자원이 되고 있습니다.

그리고 놀라운 사실이 밝혀집니다. 아이의 수를 비롯한 생식능력과 관련된 유전적 특징(유전자 변이)을 가진 사람들에서는 수명이 유의미하게 단축되고 있었던 것입니다.

출산율을 높이는 유전자는 수명을 단축하는 것으로 밝혀져

(※분석에서는 특히 생식능력과 관련된 것으로 생각되는 583개의 유전자가 중시되었습니다. 또 생식능력의 강도는 「아이의 수」나 「첫 아이를 만든 연령」 「첫 체험 연령」이라고 하는 출산율이나 생식이력과 관련된 데이터로 판단하였습니다.)

나아가 '생식에 영향을 미치는 유전자 변이'와 '생식에 영향을 주지 않는 유전자 변이' 두 가지가 각각 수명에 미치는 영향에 대해서도 조사하였습니다.
만약 윌리엄스의 길항적 다면발현 가설이 틀렸다면 생식과 관련된 변이도 그렇지 않은 변이도 마찬가지로 수명에 영향(늘리거나 짧게)을 줄 것입니다.

하지만 결과는 달랐습니다. 생식에 영향을 주는 변이는 랜덤으로 선정된 변이에 비해 수명에 미치는 영향이 5배나 높았습니다.
또 생식에 영향을 주는 변이가 길항적 다면발현 가설을 반영할 가능성에 이르러서는 7.5배에 달했습니다.

이같은 결과는 '생식능력과 수명의 트레이드오프'가 인간에게도 존재하고 있음을 보여주며, 생식능력이 뛰어난 사람은 수명이 짧아지는 경향임을 보여줍니다.

그러나 왜 생식능력을 높이는 유전자를 갖게 되면 단명하게 되는 것일까요?
경쟁이라는 의미라면 생식능력을 높이는 변이와 장수하는 변이를 모두 갖고 있는 개체(비록 잘생긴 외모에 장수)가 승자가 될 가능성도 있을 것입니다.

그럼에도 불구하고 왜 양측은 세트가 되지 않았을까요?
생식(生殖)만 할 수 있다면 수명은 아무래도 좋다

왜 생식능력이 높으면 수명이 단축되는가?
생식능력의 강화와 개체의 장수(長壽)는 모두 종(種)의 번영에 중요한 요소이며, 어느 쪽도 획득할 수 있다면 그보다 더 좋을 수 없습니다.
생식과 장수가 양립하면 수가 너무 늘어나 식량이 부족하다는 문제가 있는 것은 사실이지만 인류 진화의 대부분은 어려운 야생 환경에 있어 너무 늘어날 것을 걱정하기보다는 멸종되지 않도록 버티는 데 많은 노력이 기울이고 있었습니다.

하지만 너무 늘어나는 것을 걱정하지 않아도 되는 상황에서조차 생식능력과 수명의 양립은 어려웠을 것입니다.
왜냐하면 자연선택에 있어서는 생식이 훨씬 중요한 요소가 되기 때문입니다.

자연계를 둘러보고 생식능력 강화와 장수(長壽) 중 어느 쪽을 종의 번영수단으로 선택하고 있는가를 보면 대부분의 경우 생식능력이 선택되었음을 알 수 있습니다.

많은 생명에 있어서 생식력이 강화되는 변이를 얻을 수 있다면, 수명은 희생해도 상관없는(아무래도 상관없는) 것이 됩니다.
거대한 뇌를 가진 인간이나 코끼리의 경우 지식의 축적과 유지라는 관점에서 유리하기 때문에 장수(長壽)하는 것으로 되었다고 보고 있습니다.

그러나 그 경우에도 생식능력 강화를 위해 다소의 수명을 잘라버리는 선택은 집단내부에서 자신의 유전자를 확산하는 데 유리하게 작용합니다. 또한 생식 능력은 젊었을 때 필요하지만 고령이 되고 나서는 그다지 필요하지 않습니다.

따라서 생식능력이 있는 젊은 시기에 유리한 변이를 적극적으로 받아들여 온 결과 수명에 악영향을 미쳐 결국 트레이드오프적인 관계가 성립되었다고 추측할 수 있습니다. 즉 노화는 조기에 더 많은 생식을 위한 자연선택을 한 결과의 부산물이라고 할 수 있습니다.

그렇다면 생식능력의 강화와 수명의 단축은 현재 인류에서도 일어나고 있는 현상일까요?
이번 연구에서는 답을 얻기 위해 1940년생 인간 유전자와 1965년생 인간 유전자를 비교했습니다.

결과 1965년생 사람이 생식능력을 높이는 변이가 많아지고 있는 것으로 밝혀졌습니다.

트레이드오프 가설을 따른다면 25년 동안 인류의 수명도 깎인 셈입니다.
즉 생식능력과 수명의 트레이드오프는 현재 진행형으로 인류 내부에서 일어나고 있는 셈입니다. 현대의 저출산 고령화라는 상황을 보면 이 결과는 상당히 반대되는 것으로 보입니다.

그러나 의료기술 등 환경요인의 개선이 매우 강력하게 작용하고 있어 개인 차원에서의 수명 단축은 잘 보이지 않게 되었습니다. 그리고 피임 방법의 충실함에 따라 실제로는 생식활동은 열심히 하고 있어도 아이를 남기지 않는다는 사람도 늘고 있습니다.

본래 현재 인류는 생식능력이 올라가고 있고 수명은 단명화되어 가는 경향이 있는데, 이러한 요인들로 인해 모든 것이 마치 반대로 보이는 것일지도 모릅니다.

이번 연구에서는, 같은 조건인 사람들을 모아 비교가 이루어지고 있어 트레이드오프가 파악될 정도로 환경요인의 배제가 실현되었습니다.
인간에게 길항적 다면발현 가설(생식능력과 수명의 트레이드오프)이 명확히 실증된 것은 이번 연구가 처음이라고 할 수 있을 것입니다.

연구자들은 앞으로 아프리카계나 아시아계 사람들에게도 같은 현상(생식능력과 수명의 트레이드오프)이 일어나고 있는지를 조사해 나갈 것이라고 합니다.

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Genetic mutations that promote reproduction tend to shorten human lifespan, study shows
https://news.umich.edu/genetic-mutations-that-promote-reproduction-tend-to-shorten-human-lifespan-study-shows/

Evidence for the role of selection for reproductively advantageous alleles in human aging
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh4990

Genetic mutations that promote reproduction tend to shorten human lifespan, study shows