D.4.1 · 자연 선택

이 학습지는 2025년 첫 평가부터 적용되는 과정의 선택된 SL 주제를 다룹니다. 전체 교재 과정은 아닙니다.

선행지식: D.1의 변이와 유전 및 A.4.1의 진화 증거.

예제들은 원작이며 가상의 것입니다: 실제 측정값이나 실제 학생 조사 결과가 아닙니다.

이 관측을 설명할 수 있는 것은 무엇인가?

• 몇 해간 건배가 지속된 후, 집단의 대부분 식물이 조상 세대에 비해 더 깊은 뿌리를 갖게 되었다. 아무도 이를 의도하지 않았는데, 집단은 어떻게 변화했는가?

모델을 구축하시오

• 자연선택(natural selection) 은 세 가지 요소를 필요로 한다: 집단 내에 유전되는 변이(variation) 가 존재함; 선택 압력(selection pressure) 가 특정 변이를 가진 개체들이 다른 개체들보다 생존과 번식을 더 잘하게 함; 성공한 변이의 알레일이 다음 세대에서 더 흔해짐. 세대를 거치면서 집단의 형질이 변화한다.
• 돌연변이는 선택 압력에 노출되기 전이나 노출 중에 발생할 수 있으며, 생물의 필요에 의해 유도되지 않는다. 선택은 사용 가능한 유전적 변이에 작용한다. 세대를 거치며 집단의 알레일 빈도가 변화할 수 있다.
• 자연선택: 환경에 적합하고 유전 가능한 변이를 가진 개체가 더 많은 자손을 남김으로써 세대를 거쳐 알레일 빈도를 변화시키는 과정; 변이: 집단 내 개체 간의 유전적 차이; 선택 압력: 생존이나 번식에 영향을 미치는 환경 요인; 알레일 빈도: 집단 내 특정 유전자 전체 복사본 중 하나 의 알레일이 차지하는 비율.

*반복적인 가뭄으로 인해 깊은 뿌리 알레일의 빈도가 45%에서 60%로 상승했다

이를 검증할 수 있는 증거를 선택하시오

• 이 모델은 변화 방향을 예측합니다: 반복적인 가뭄 이후, 보존된 종자 수집본이나 연대별 표본에서 깊은 뿌리 대립유전자의 빈도를 측정하면 증가해야 합니다. 만약 그렇지 않다면 해당 설명은 틀린 것입니다.
• 공정한 검사는 같은 집단을 시간 경과에 따라 비교하거나 경계를 따라 매칭된 집단을 비교하여, 이동이나 표본 추출의 차이가 실제 변화를 위장할 수 없게 합니다.

알려진 양으로부터 시작하시오

• 주어진 정보: 가뭄 전, 200 유전자 복사수 중 90개는 깊은 뿌리 알레일이며, 몇 세대 후 120개 중 200개가 되었다. 알레일 빈도 = 알레일 복사수 / 총 복사수. 전: 90/200 = 45%. 후: 120/200 = 60%. 빈도는 15퍼센트 포인트 상승하여 집단에 작용한 선택의 증거이다.

예시:

새로운 세대에서 140개/200개의 복제본이 깊은 뿌리 대립유전자를 포함합니다. 동일한 순서(알려진 수량 → 모델 → 관계 → 대입 → 단위 및 해석)를 사용하여 빈도와 이전 세대와의 변화를 구하십시오. (정답: 140/200 = 70%; 변화 = 70% − 60% = +10 퍼센트 포인트. 하나의 유전자에 대한 두 대립유전자의 빈도 합은 100%입니다.)

결론과 그 한계를 확인하시오

• 빈도 변화는 형질과 생존 간의 상관관계를 보여줍니다. 메커니즘을 입증하기 위해서는 변이가 유전될 수 있어야 하며 생존 차이를 측정해야 합니다. 작은 집단에서의 유전적 부동은 선택 없이도 빈도를 변화시킬 수 있습니다.

경고:

생물 lifetime 동안 필요한 적응형을 개발한다는 주장은 틀렸습니다. 돌연변이는 필요와 무관하게 우연히 발생합니다. 깊은 뿌리 대립유전자는 가뭄 전에 이미 존재했습니다. 자연선택은 더 많은 자손을 남기는 변이만 선택적으로 남기도록 할 뿐이며, 개체 자체가 진화하지 않습니다.

핵심:

자연선택: 유전된 변이 + 선택 압력 + 차별적 번식이 세대를 거쳐 대립유전자 빈도를 변화시킵니다. 대립유전자 수를 총 복제본 수로 나누어 변화를 추적하십시오. 집단은 진화하지만 개체는 진화하지 않는다는 점을 기억하십시오.

a 빈도가 0.4인 경우로부터 서술

• 100개의 식물 개체군은 유전자형 AA 36, Aa 48, aa 16을 가짐.
• a 빈도 구하기: (48 + 32) ÷ 200 = 0.4 — 개체가 아닌 대립유전자를 세움.

선택 후 빈도 0.29에 대한 서술

• 가뭄은 얕은 뿌리 aa 식물을 모두 죽이고, 생존한 84개(AA 36 + Aa 48)가 동일하게 번식함.
• 새로운 a 빈도 구하기: 48 ÷ 168 ≈ 0.29 — 선택은 대립유전자 풀을 바꾸었지 개별 식물은 아님.

변화 방향에 따른 서술

• 다음 세대는 생존자의 씨앗만으로 재배됨.
• 어떤 대립유전자가 증가하는지 명시: a는 0.29 이하로 감소하고, A는 증가 — 개체군이 진화했으나 개체들은 그렇지 않음.