세포 분열

상처가 나으면 새로 생긴 피부 세포는 원래 세포와 똑같은 유전 정보를 가진다. 그런데 같은 부모에게서 태어난 형제자매는 일란성 쌍둥이가 아니면 생김새가 서로 다르다. 같은 몸의 세포인데 어떤 분열은 똑같은 세포를, 어떤 분열은 서로 다른 생식세포를 만드는 까닭은 무엇일까?

상동 염색체 쌍의 수 \(n\)

3.2.1체세포 분열

체세포 분열은 몸을 자라게 하고 상처를 회복시키는 분열이다. 분열 전에 DNA가 복제되어 각 염색체가 두 염색 분체로 이루어진다. 분열 중기에 염색체가 세포 가운데 늘어서고, 후기에 각 염색체의 두 염색 분체가 나뉘어 양쪽 끝으로 끌려간다. 그 결과 염색체 수와 유전 정보가 모세포와 똑같은 딸세포 두 개가 생긴다. 사람의 몸을 이루는 37조 개의 세포는 모두 수정란 하나에서 이 분열을 되풀이하여 생겼으므로, 근육 세포와 신경 세포도 같은 DNA를 가진다.

3.2.2감수 분열

생식세포를 만드는 감수 분열은 연속된 두 번의 분열로 이루어진다. 감수 1분열에서는 상동 염색체가 짝을 지어 가운데 늘어섰다가 서로 다른 쪽으로 나뉜다. 그래서 염색체 수가 절반이 된다. 감수 2분열에서는 체세포 분열처럼 염색 분체가 나뉜다. 결국 염색체 수가 모세포의 절반(\(n\))인 생식세포 네 개가 만들어진다.

감수 1분열에서 각 쌍의 상동 염색체 가운데 어느 쪽이 어느 딸세포로 갈지는 쌍마다 독립적으로, 반반의 확률로 정해진다. 그림 1에서 \(n\)을 늘려 보면 가능한 조합이 \(2^n\)으로 빠르게 늘어난다. 사람은 23쌍이므로 생식세포 하나가 가질 수 있는 조합이 약 838만 가지이다. 여기에 상동 염색체끼리 일부를 바꾸는 교차까지 일어나므로 실제 다양성은 훨씬 크다.¹

3.2.3예제 풀이

상동 염색체가 3쌍이므로 생식세포의 조합은 \(2^3 = 8\)가지이다. 아버지와 어머니가 각각 8가지 생식세포를 만들므로, 수정란의 조합은 \(8 \times 8 = 64\)가지이다.

두 자손이 같은 조합일 확률은 \(\dfrac{1}{64}\)이다. 사람이라면 \(2^{23} \times 2^{23} = 2^{46}\), 곧 약 70조 가지이므로 형제가 같은 조합을 받을 확률은 70조분의 1 정도이다. 일란성 쌍둥이만 같은 유전 정보를 가지는 것은 하나의 수정란이 둘로 나뉘었기 때문이다. 이렇게 큰 다양성 덕분에 환경이 바뀌어도 그 환경에 맞는 자손이 일부라도 살아남을 가능성이 커진다.

아래 탐구 카드에서 두 분열을 비교하고, 염색체 조합을 직접 세어 보자.

1. 감수 1분열 전기에 짝을 지은 상동 염색체의 염색 분체 사이에서 일부가 서로 바뀌는 것을 교차라 한다. 교차가 일어나면 한 염색체 안의 유전자 조합까지 새로 만들어진다.