진화와 자연선택 그리고 적응

현대 생물학의 개념을 통합하는 자연선택에 의한 진화에 관한 다윈의 이론은 갈라파고스섬에서 그가 한 관찰에 의해 결정화되었다. 1835년의 10월 중순 적도의 밝은 태양 아래에서 작은 보트가 화산섬의 해안으로부터 이양선으로 천천히 움직이고 있었다. 그 보트는 남아메리카 본토에서 서쪽으로 약 1,000km 떨어진 적도에 놓여 있는 갈라파고스 군도를 한 달 동안 탐험하고 돌아오는 한 젊은 자연 과학자를 태우고 있었다. 선원이 노를 젓고 있을 때, 다윈은 그가 섬에서 발견했던 것을 깊이 생각하고 있었다. 갈라파고스 군도에서 그가 발견한 것들은 이전에 그가 다른 섬을 방문했을 때 모아두었던 정보를 바탕으로 세운 예상을 확실하게 해 주었다. 다윈은 후에 출간된 잡지에 다음과 같이 그의 생각을 적었다. "이 군도에 사는 생물들의 분포는 그리 조화롭지 못했다. 예를 들어 만약 첫 번째 섬에 개똥지빠귀가 살고 있으면 두 번째 섬에는 이와 다른 종이 살고 있었다. 또 어떤 섬에 한 종의 도마뱀이 사는 데 비해 두 번째 섬은 이와 다른 종이 살고 있었다. 그러나 비슷한 상황을 가지고 있고, 동일한 일반적인 습성을 가지고 있으며, 이 군도의 자연 경제에서 같은 공간을 분명히 차지하고 있는 거북, 개똥지빠귀, 핀치 그리고 수많은 식물이 섬에 따라 달리 분포하게 한 것은 바로 환경이었다. 그리고 그것이 나에게는 경이롭게 보였다." 다윈은 분명히 연관된 개체군들 사이의 차이점에 대한 원인이 무엇인지 궁금해했고, 이러한 차이의 원인을 설명하려고 시도하였다. 그는 후에 이러한 개체군들은 각각의 섬에 닿은 후 같은 조상으로부터 나온 자손이 변화하였다고 결론지었다. 선원이 노를 저어 다다른 배는 비글호로 세계의 절반을 항해하고 있었다. 비글호의 주된 임무였던 남반구에 위치한 남아메리카의 해안을 지도화한 것은 거의 잊힌 반면, 젊은 다윈의 생각은 마침내 과학의 역사에서 가장 중요한 이론 중의 하나로 발전할 수 있었다. 일생에 걸친 관찰에 의해지지가 되고 신중히 조직화한 다윈의 의문은 자연선택에 의한 진화의 이론이 되었다. 그 이론으로 인하여 지구 상에서의 생물에 대해 당시의 지배적이었던 과학적인 시각이 바뀌면서 생물학의 기초를 다시 세우게 되었다. 다윈은 갈라파고스 군도에서 다양한 개체군들은 그들의 조상 형태에서 점진적으로 변형된 것이라고 가정하였다. 다시 말해서, 다윈은 섬 개체군이 시간이 흐름에 따라 생물 개체군이 변화하는 과정인 진화의 과정을 겪었던 것으로 결론지었다. 비록 다윈은 섬 개체군이 진화해온 것으로 결론을 지으면서 갈라파고스 군도를 떠났지만, 그는 진화적인 변화를 설명할 수 있는 아무런 작용도 알지 못했다. 하지만 개체군에서의 진화적인 변화를 만들어낼 수 있는 그럴듯한 작용은 다윈이 갈라파고스 군도를 떠난 지 거의 정확히 3년 후에 그에게 찾아왔다. 1838년 10월 맬서스의 인구에 대한 에세이를 읽는 도중, 다윈은 개체군 안에서의 개체들 사이에서, 예를 들어 음식이나 공간 등의 제한된 자원에 대한 경쟁 동안 몇몇 개체들은 경쟁적인 이익을 얻는다고 확신하였다. 그는 그러한 이익을 얻게 하는 특성들은 '보존'될 것이며, 다른 개체들의 비호의적인 특성들은 '사라질 것'이라고 제안했다. 환경에 의한 선택의 과정 결과로써 개체군은 시간이 지남에 따라 변화한다. 변화에 대한 이러한 작용을 염두에 두고 다윈은 그의 자연선택에 대한 이론의 첫 번째 초안을 1842년에 완성하였다. 하지만 그가 이론의 최종본을 만들고, 충분한 뒷받침 정보들을 모으는 데에는 많은 시간이 걸렸고 그의 원고는 여러 번 수정되었다. 다윈의 자연선택의 이론은 다음과 같이 요약될 수 있다.

1. 생물은 비슷한 생물을 낳는다. (자손은 그들의 부모와 외관상 비슷하고, 부모처럼 행동하고, 부모처럼 기능한다)

2. 한 종의 개체들 사이에는 우연에 의해 나타나는 변이가 있다. 부모 세대에서의 일부 변이는 자녀에게 유전된다.

3. 세대마다 환경이 부양할 수 있는 것보다 더 많은 자손이 태어난다. 

4. 일부 개체들은 그들의 신체적, 행동적 특성 때문에 같은 개체군 안에서의 다른 개체들보다 생존과 생식의 기회가 더 높다.

다윈은 개체들의 차별적인 생존과 번식을 시간이 지남에 따라 같은 종의 개체군들 사이에서 변화를 만들어낸다고 제안하였다. 즉, 개체군에서의 개체들 사이의 변이에 작용하는 환경은 환경에 대한 개체군들의 적응을 초래할 것이다. 이러한 작용을 통하여 다윈은 그가 갈라파고스 군도에서 관찰했던 개체군들 사이의 차이를 설명할 수 있게 되었다. 자연선택의 이론은 '유리한' 특성들이 한 세대에서 다음 세대로 전달된다는 것에 의존하고 있었다. 문제는 유전 작용이 다윈의 시대에는 밝혀지지 않았다는 점이었다. 게다가 융합유전이라는 당시의 일반적인 생각은 한 형질이 아무리 유리할지라도 드물게 발현된다면 그 형질은 다른 형질과 섞이게 되면서 사라져 결국 변화는 일어나지 않게 된다는 것을 제안했다. 다윈은 유전의 법칙을 밝히기 위해서 거의 반세기 동안 연구했다. 그러나 그는 그것을 밝힐 수 없었다. 유전을 잘 연구하기 위해서는 다윈이 부족했던 수학능력이 요구되었기 때문이다. 짧은 자서전에서 다윈은 다음과 같이 적고 있다. "나는 수학을 공부하려고 노력하였다. 심지어 1828년의 여름에 개인교사와 함께 공부했지만 학습은 매우 더디었다. 특히 대수학의 기초단계에서 내가 어떤 의미도 찾아낼 수 없게 되면서 수학 공부는 나에게 맞지 않는 듯했다. 이 조급함은 매우 바보스러웠고, 몇 년 후에 나는 수학의 가장 핵심적인 원리를 조금이라도 이해할 수 있을 만큼 최소한의 학습도 하지 않은 것을 깊이 후회했다. 그러므로 사람에게는 또 다른 감각을 부여한 것 같다."