인류조상 발상지 밝혔다! 아프리카 칼라하리 지역

한국 기초과학연구원, 최초 이주 원인으로 기후 변화 규명

한국-호주-남아공 공동 연구진 DNA 추적-고기후 연구로 밝혀내

한국과 호주, 남아공 연구진이 현생인류의 가장 오래된 혈통이 20만 년 전 아프리카 칼라하리 지역에서 출현해 13만 년 전 기후 변화로 이주를 시작했다는 사실을 밝혀냈다.

칼라하리 지역은 나미비아, 짐바브웨 국경에 이르는 보츠와나 북부지역에 있다.

기초과학연구원(IBS) 기후물리연구단 악셀 팀머만 단장(Axel Timmermann, 부산대 석학교수) 연구팀이 호주, 남아공 연구진과 함께 현생인류의 정확한 발상지와 이주 원인을 세계 최초로 밝혀낸 연구 성과는 학술지 네이처(Nature) 온라인판에 29일 게재됐다.

공동 연구진은 남아프리카에 사는 후손들의 DNA를 추적해 현생인류의 정확한 발상지를 밝혀냈다. 현생인류(anatomically modern humans, AMHs)는 현존 인류와 해부학적으로 동일한 인류. 호모 사피엔스 사피엔스로도 잘 알려져 있으며, ‘해부학적 현생인류’ 혹은 ‘현대인류’로 번역되기도 한다. 

현생인류가 아프리카 대륙에서 출현했다는 것은 이미 알려졌지만, 정확한 발상지에 대해서는 논란이 있었다. 가장 오래된 현생인류 유골은 동부 아프리카에서 발견된 반면, 살아있는 인간의 가장 오래된 혈통(L0의 후손)은 남부 아프리카에 주로 거주하기 때문이다.

현대 유전학 기술은 미토콘드리아 DNA(mtDNA)를 통해 약 20만 년 전, 현생 인류의 공통 모계 조상을 추적할 수 있다. L0는 현생인류 최초 어머니에서 처음 갈라져 나온 혈통으로, 현재도 L0 후손들이 남아프리카에 살고 있다.

계통발생분석을 이끈 호주 시드니 가반 의학연구소(Garvan Institute of Medical Research) 소속 에바 찬(Eva Chan) 박사(제1저자)는 L0 혈통의 후손 198명을 새로 찾아내, 기존의 1019개 표본으로 작성된 L0의 하위 계통 출현 연대표를 다시 작성했다. 새 연대표에는 이전에 밝혀지지 않았던 희귀 하위 계통이 추가됐다.

이번 연구에 저자로 참여한 프리토리아 대학 리아나 본만(Rianna Bornman) 공중보건학 교수는 이번 연구가 “지역사회와 나미비아와 남아프리카 연구 참가자의 관대한 기여가 없었다면 불가능했으며 이로 인해 연구진이 희귀한 새 L0 하위계통을 찾아낼 수 있었다”고 샘플을 제공하고 연구에 협조한 지역사회 주민들에게 감사를 표했다.

유전자 하위 계통의 출현 시점은 이주 시점과 밀접한 관련이 있다. 연구진은 개선된 연대표와 후손들의 언어·문화·지리적 분포 정보를 연계하여 최초의 이주 경로와 발상지를 추적할 수 있었다.

특히 IBS 연구진은 현생인류가 발상지에서 이주한 원인은 지구 자전축 변동으로 인한 아프리카 지역 기후변화 때문이라는 사실도 증명해냈다.

유전학적 증거와 기후물리학 결합, 초기 인류 역사 새로 써

해양 퇴적물 등 고(古)기후 자료와 기후 컴퓨터 모델 분석을 통해 연구진은 지구 자전축의 느린 흔들림(세차운동)이 남반구의 여름 일사량을 변화시켰고, 이로 인해 남아프리카 전역의 강우량이 주기적으로 변화했다는 것을 밝혔다. 세차운동이란 태양과 달의 인력으로 인해 지구 자전축이 약 21,000년 주기로 회전하는 현상을 가리킨다.

기후변화로 인해 약 13만 년 전 발상지 북동쪽(잠비아, 탄자니아 지역), 약 11만 년 전에 남서쪽(나미비아, 남아공 지역)으로 녹지가 형성되어 이주가 가능한 환경이 갖춰졌다. 이는 유전학적으로 분석한 이주 시기 및 경로와 일치해, 현생인류가 기후변화로 인해 이주했음을 알 수 있다.

이번 연구는 또한 유전학적 증거와 기후물리학을 결합해 초기 인류의 역사를 다시 썼다는 데 의의가 있다.

연구를 이끈 악셀 팀머만 단장은 “호주의 유전학자들이 유전자를 채취하여 분석하고, IBS의 기후물리학자들이 고기후를 재구성하여 인류 첫 이주에 대한 최초의 증거를 찾을 수 있었다”고 밝혔다.

앞으로 연구진은 L0 외 다른 혈통의 이주경로도 추적하여, 인류 조상들이 어떻게 전 세계로 퍼져나갔는지, 기후변화와는 어떤 관련이 있는지 초기 인류 역사의 수수께끼를 계속해서 풀어나갈 계획이다.

하지만 또다른 과학 전문지 사이언스(Science)에 따르면 현재 살아있는 사람의 DNA를 분석하는 연구는 현생인류가 어디서 발생했는지 정확히 집어낼 정도로 포괄적이지 않다고 지적하는 전문가도 있다.

캠브리지 대학 인구 유전 학자 에일윈 스칼리(Aylwyn Scally) 박사는 인간의 진화에서 남아프리카가 중요한 지역이라는 것은 납득이 된다면서도 “살아있는 인간의 DNA 연구로 우리 조상의 정확한 위치를 밝혀낼 수는 없다”고 말했다. 박사는 오히려 “현재 우리의 유전학적 조상이 작은 고향 한 곳에서 발생했다면 놀라운 일일 것”이라고 덧붙였다.

또한 펜실배니아 대학 진화유전학자 사라 티쉬코프(Sarah Tishkoff) 교수는 아프리카에서 고대인구 역사를 추적하는데 미토콘드리아 DNA(mtDNA)는 부족한 도구라고 지적했다. MtDNA는 모계를 통해 전달되는 한가지 유전혈통만 추적한다. 교수는 해당 연구진이 부계에서 물려받는 Y 염색체나 부모 모두에게 물려받는 어떤 핵유전자이든 진화를 추적할 수 있다면 많은 다른 답을 얻을 수 있었을 것이라고 말했다.

공동교신저자인 바네사 헤이스 가반의학연구소/시드니 대학 교수는 mtDNA는 다른 유형의 DNA와 같이 태아 발달 초기에 뒤섞이지 않기 때문에 연구진이 mtDNA를 선택했다고 답했다. 결과적으로 mtDNA가 살아있는 사람들의 진화를 남아프리카에만 살았던 소수의 모계 조상과 직계로 추적하는데 사용될 수 있다는 것이다. 헤이스 교수는 mtDNA가 “모계 조상에 대해 타임캡슐같이 작용한다”며 코이산어 사용자의 Y 염색체에 대한 데이터 대부분은 남성이 다른 집단과 섞이면서 사라졌다고 설명했다.

그러나 코이산어 사용자의 모계 조상이 20만년전에도 같은 장소에 살지 않았을 가능성도 있다는 지적도 있다. 티쉬코프 교수는 L0 혈통의 모계조상이 다른 지역에서 아프리카 남부로 이주했거나, 좀 더 대규모 인구집단의 일원으로 남부 아프리카 이외 지역 후손이 멸종했을 수도 있다고 주장했다.

런던 프란시스 크릭연구소 인구유전학자 폰터스 스콜런드(Pontus Skoglund) 박사는 요점이 인류가 오랜기간 이동하며 섞였기 때문에 현재 살아있는 인간의 DNA를 연구하는 것은 “7만년에서 20만년전의 인류에게 일어난 일을 재구성하는데 있어서는 아주 제한적”이라고 지적했다. 이를 위해서는 고대 유전자나 연대추정이 잘된 화석이 필요하다는 것이다.