다 같은 도룡뇽이 아닙니다…한국산 도롱뇽속 신종후보 3종 최초 발견
- 고유 생물자원으로서 가치 높아 한반도 남부 지역은 도룡뇽의 보고
- 양서류 신종후보 발견과 분자계통 분석결과 국제학술지에 게재
- 도롱뇽은 물과 육지를 왕래하며 사는 양서류에 속하는 동물로, 개구리와 달리 뒷다리가 짧고 꼬리가 달려있는 동물이다. 한반도에 서식하고 있는 도롱뇽은 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽, 꼬리치레도롱뇽, 이끼도룡뇽, 총 3속 5종이 알려져 있다.
- 이 중, 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽, 3종은 도롱뇽속(Hynobius)에 속해 있으며, 일명 아시아도롱뇽이라고도 알려져 있다. 도롱뇽속에는 전세계적으로 약 32종이 있는 것으로 알려져 있는데 도롱뇽속에서 새로운 종이 계속 발표되고 있다. 제주도롱뇽과 고리도롱뇽도 한국의 고유종으로 각각 2001년과 2003년에 신종으로 발표되었다.
- 한국산 도롱뇽속(Hynobius)의 3종, 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽은 그 모습이 매우 비슷해서 육안으로 각각의 종을 구분하기는 매우 어렵다. 이러한 어려움으로 인해 한반도 남부지역에 살고 있는 도롱뇽류의 정확한 종 구분이 되어있지 않은 상황이며, 남부지역에 이미 알려진 도룡뇽과는 유전적으로 매우 다른 집단, 또는 전혀 새로운 종이 존재하고 있을 가능성이 제기 되었다.
- 본 연구진은 한반도 남부지역에 서식하고 있는 도롱뇽류의 종을 확인하고, 이미 알려진 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽의 분포지역을 자세히 파악하고자, 2006년부터 한반도 남부지역의 도롱뇽들을 대상으로 유전자 분석을 시행, 이미 알려져 있는 도롱뇽속 3종과 함께 비교 분석 하였다.
미토콘드리아 유전자 를 이용한 분석 결과
신종후보 발견
- 미토콘드리아 유전자 분석 결과, 한반도내 도롱뇽속은 크게 6개의 집단으로 구분되었다. 이 6개의 집단 속에는 이미 알려져 있는 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽 3종이 포함되어 있으나, 이 3개의 종과는 유전적으로 뚜렷이 구분되는 새로운 집단 3개가 존재한다는 것을 발견하였다. 이들은 일시적으로 HC1 (Hynobius Clade 1), HC2 (Hynobius Clade 2), HC3 (Hynobius Clade 3)로 이름 붙여졌다. 이 결과는 한반도 내에 지금까지 알려져 있지 않았던, 신종후보 종들이 분포하고 있는 것을 말해 준다.
- 도롱뇽 분포지역
- 미토콘드리아 유전자 분석 결과, 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽 3종이 동일한 장소에서 함께 서식하고 있는 지역 (이하 공서지역)이 처음으로 발견되었다. 이 3종이 함께 서식하고 있는 것으로 밝혀진 곳은 전라남도 담양과 곡성, 전라북도 남원, 경상남도 함양이며 이들은 백두대간의 끝자락에 있는 호남정맥의 북쪽에 위치해 있다.
- 고리도롱뇽의 경우, 원래 부산광역시 기장군을 기점으로 반경 20km내에만 서식하고 있는 것으로 알려져 있었으나, 이번 조사 결과 이 종이 기존 서식지가 아닌 다른 곳에서도 서식하고 있음을 처음으로 밝혀내었다.
- 한편, 본 연구에서 새롭게 발견된 3개의 신종후보, HC1, HC2, HC3는 이미 알려져 있던 한국산 도롱뇽속의 종들과는 지리적으로 격리되어 있는 것을 확인하였다. 이들이 분포하고 있는 지역은 HC2의 경우, 전라남도 순천, 여수, 보성, 고흥 등지를 포함한 지역이며, HC3는 경상남도 거제도에서 발견되고, HC1은 지리산의 동쪽지역, 경상남도 일대에 널리 분포하고 있음이 확인되었다.
도롱뇽 분화시기 추정
- 미토콘드리아 유전자를 분석한 결과를 바탕으로 6개의 집단 (도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽, HC1, HC2, HC3)의 분화시기를 추정해본 결과, 이들은 신생대에 속하는 후기 마이오세, 즉, 지금으로부터 약 5백만~1천만년 전에 분화한 것으로 추정된다. 마이오세에는 한반도내 산맥이 형성되었던 시기로, 다른 척추동물과 달리 이동 능력이 떨어지는 도롱뇽의 분화에 산맥의 형성이 크게 작용하였을 것이라 추측할 수 있다.
의의
- 한반도내에 3개의 신종후보 가능성이 있는 종들이 서식하고 있음을 확인하였으며, 본 연구에서 발견한 이 3개의 신종후보는 한국 양서류의 종 다양성을 높이고, 아울러 한반도 고유생물자원으로써 매우 높은 가치를 지니고 있는 것으로 판단된다.
- 생물다양성협약 (CBD)은 생물자원보유국의 주권적 권리를 인정하고 있으며, 이는 생물산업의 원천재료로 사용될 수 있는 자생생물 (어느 지역에 예로부터 스스로 나서 자라나는 생물)을 보유하고 있는 국가가 원천재료로부터 발생되는 이익에 대한 권리가 있음 (ABS, Access to genetic resources and Benefit-Sharing)을 의미한다. 그럼으로 국가가 보유하고 있는 생물자원이 많고, 다양할수록 생물산업 등에 의해 활용될 잠재적 가치가 높아지게 된다.
예를 들어, 신체 재생 능력이 있는 효소 '암브록스‘ (Amblox)가 멕시코도롱뇽에게서 발견되었는데, 이 효소를 이용하여 잃어버린 인간 장기를 재생시키는 연구가 현재 진행되고 있다. 그러므로 본 연구에서 밝혀진 3개의 신종후보도 한국의 생물주권을 향상시킬 중요한 가치를 지닌다고 생각된다.
- 한반도 남부지역은 다양한 도룡뇽 종들이 서식하는 생물자원의 보고임이 드러났다. 이들이 기후변화 등 환경변화에 의해 사라지지 않도록 보호할 필요가 있다.
- 한국산 도롱뇽속의 종 분화는 후기 마이오세에 일어난 것으로 밝혀졌다. 마이오세는 한반도내, 대륙판의 융기로 인해 산맥들이 형성되었었던 시기로, 실제 본 연구에서 밝혀진 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽의 분포지역과 그 외 신종후보 3종의 분포지역이 태백산맥과 호남정맥 그리고, 많은 수계들에 의해서 나뉘는 현상이 나타났다. 이는 다른 척추동물보다 이동능력이 떨어지는 도롱뇽들이 산맥과 수계가 형성됨에 따라 지리적 격리가 일어났고, 이로 인해 각각의 다른 종으로 분화해 갔을 것이라는 추측이 가능해 지는 부분이다.
연구진 소개:서울대학교 수의과대학 야생동물유전자원은행 이항, 민미숙 교수팀(한국산 도롱뇽류의 유전적 실험과 분석, 시료 수집, 논문작성 등 연구 총괄)
연구 지원 기관:교육과학기술부 한국연구재단(한국산 도롱뇽속의 종문제 및 분자계통(KRF-2007-313 C00503)
문의처:서울대학교 수의과대학 야생동물유전자원은행 민미숙 교수 또는 백혜준 연구원(전화 02-888-2744, 880-1240, 880-1274, 전자우편 minbio@snu.ac.kr hanglee@snu.ac.kr)
참고:모계로 유전되는 미토콘드리아 유전자는 동일종내 유전적 변이률이 높아 집단의 진화관계를 분석할 때 주로 사용되며, 인류 조상의 아프리카 기원설 등의 연구에 사용되고 있다.
관련 자료:미토콘드리아 유전자 분석을 이용한 한국산 도롱뇽속의 분자계통 및 종문제(2011. 3)
서울대학교 수의과대학 한국야생동물유전자원은행
미토콘드리아 유전자 분석을 이용한 한국산 도롱뇽속의 분자계통 및 종 문제(Mitochondrial DNA data unveil highly divergent populations within the genus Hynobius (Caudata: Hynobiidae) in South Korea)
1. 연구 배경 및 현황
- 한국산 도롱뇽속에는 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽 3종이 있으며, 이 중 고리도롱뇽과 제주도롱뇽은 한국 특산종이다. 고리도롱뇽의 경우, 원기재지역인 부산광역시 기장군 일대 반경 20km 지역에만 서식하고 있는 것으로 알려져 있었으며, 한국산 도롱뇽들은 환경부에서 지정한 보호동식물 목록에 포함되어 있다. 전 세계적으로 양서류의 감소와 멸종이 보고되고 있으며, 양서류의 경우 전체종의 3분에 1정도가 멸종위기에 처해 있는 것으로 알려져 있다. 한국에서 양서류 개체수 감소에 가장 많이 영향을 미치는 것은 빠르게 진행되고 있는 도시화나 도로건설 등으로 인한 서식처의 파괴와 감소가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며 그 밖에 외래도입종의 유입, 보신문화 및 남획 등을 들 수 있다. 또한 최근 2009년도에는 전세계적으로 양서류 감소에 치명적인 영향을 끼치고 있는 항아리곰팡이가 국내에서도 발견됨에 따라, 국내에 서식하고 있는 양서류 종의 보호 조치가 절실해 졌으나, 국내 양서류에 대한 생태적, 유전적 정보가 극히 미비한 실정이다.
- 현재까지 국내에서 행해졌던, 한국산 도롱뇽속의 유전적 변이에 대한 연구로는 isozyme 분석을 통한 종내 및 종간 변이 정도를 측정하고 종간의 유연관계를 분석한 결과가 있으며, Silver staining 방법을 통한 일부 미토콘드리아 DNA의 부분염기서열 분석결과가 있었다. 그러나 매우 한정된 채집지역과 개체수로 인해 한반도내 서식하고 있는 도롱뇽속에 있어서의 전반적인 유전적 유연관계를 파악하기에는 어려움이 있었다. 또한 매우 유사한 외형적 특징으로 인해 남부지역에 서식하고 있는 도롱뇽류의 분류가 명확하지 않았으며, 남부지역에 서식하고 있는 도롱뇽류의 종 구성에 대한 의문은 선행연구에서도 제기 되었었다.
- 이에 한국산 도롱뇽속 도롱뇽들의 유전적 유연관계를 파악하고 남부지역에 분포하고 있는 도롱뇽류의 분포 및 종문제를 해결하며, 또한 앞으로의 보호대책에 있어 기본적인 유전적 정보를 제공하고자 본 연구를 실시하였다.
2. 연구방법 및 결과
- 한반도 남부에 서식하고 있는 도롱뇽들을 각각의 지역별로 채집하였다. 전체 43개 지역에서 총 182개체를 수집하였으며, 중합효소연쇄반응법(PCR)으로 미토콘드리아 DNA의 cytochrome b gene (907bp)과 12S rRNA (799bp)를 각각 증폭 후, 염기서열을 결정하고 기존에 미국 국립생물정보센터 (NCBI; National Center for Biotechnology Information)에 등록되어 있는 도롱뇽속의 염기서열과 비교, 계통적 유연관계를 분석하였다.
- 연구 결과, 한반도에 서식하고 있는 도롱뇽속은 크게 6개의 집단으로 뚜렷하게 구분되어 있음을 확인하였다. 이들은 기존에 한국산 도롱뇽속에 기재되어 있었던 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽 3종, 그리고 본 연구에서 처음으로 발견된 HC1 (Hynobius Clade1), HC2 (Hynobius Clade2), HC3 (Hynobius Clade3)으로 구분되었다. 본 연구에서 나타난 6개의 집단은 유전적 거리가 통상 도롱뇽속의 다른 종들에서 보여지고 있는 수치보다 더 높게 나타났으며, 이 결과는 “한국에는 기존에 알려져 있던 도롱뇽속의 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽 외에 신종후보 가능성이 있는 새로운 3개의 종이 더 서식하고 있을 가능성이 크다” 라고 연구책임자인 서울대학교 수의과대학 민미숙 교수는 말하고 있다.
- 본 연구에서 처음으로 밝혀진 HC1, HC2, HC3의 경우, HC1을 제외한 HC2, HC3는 다른 종들과는 지리적으로 격리되어 있음을 알 수 있었다. HC2의 경우, 전라남도 순천, 보성, 고성, 여수 등지에서 서식이 확인되었으며, HC3의 경우, 경상남도 거제에 분포하고 있음이 확인되었다.
- 또한 본 연구 결과, 도롱뇽, 제주도롱뇽, 고리도롱뇽의 공서지역이 있음이 확인되었다. 공서지역이 확인 된 곳은 전라남도 담양과 곡성, 전라북도 남원, 경상남도 함양이며, 이 결과는 1997년 양서영 교수팀이 발견한 도롱뇽과 제주도롱뇽의 공서지역인 장성 외에 처음으로 밝혀진 공서지역들이다. 특히, 고리도롱뇽의 경우 원기재지역으로부터 반경 20km 내의 한정된 곳에만 분포하고 있는 것으로 알려져 있던 종으로 본 결과는 이 종이 처음으로 다른 지역에도 서식하고 있음을 밝혔으며, 이는 한국산 도롱뇽속의 진화역사를 밝히는데 많은 도움을 줄 것으로 생각된다.
- 미토콘드리아 DNA 자료를 토대로 한국산 도롱뇽속의 분화연대시기를 계산해 본 결과, 이들은 후기 마이오세에 분화되었음이 밝혀졌다. 마이오세는 한반도내, 대륙판의 융기로 인해 산맥들이 형성되었던 시기이다. 실제 본 연구에서 나타나고 있는 한국산 도롱뇽속의 분포와 새롭게 나타난 HC1, HC2, HC3의 분포지역을 분석해 본 결과, 이들의 분포지역이 태백산맥과 호남정맥 그리고, 많은 수계들에 의해서 나뉘는 현상이 나타났는데, 이는 다른 척추동물보다 이동능력이 떨어지는 도롱뇽들이 산맥과 수계가 형성됨에 따라 지리적으로 격리가 일어났고, 이에 따라 각각의 다른 종으로 분화해 갔을 것이라는 추측이 가능해 지는 부분이다. 실제 이동능력이 떨어지는 도롱뇽류에 있어서 커다란 산맥, 수계, 그리고 사막 등이 지리적인 격리를 가져오고 또한 이로 인해 유전적인 구조가 서로 다른 집단 혹은 종이 분화되는데 중요한 역할을 한다는 것은 다른 선행연구를 통해 널리 알려져 있는 사실이다.
3. 연구 성과 및 향후 계획
- 한국산 도롱뇽속에 신종후보 가능성이 있는 3개의 새로운 집단이 있음을 확인하였고, 도롱뇽, 고리도롱뇽, 제주도롱뇽의 공서 지역이 있음을 밝혔으며, 또한 이들의 분화연대시기를 추정함으로써, 한반도내에 도롱뇽속의 분화에 있어 산맥의 형성이 많이 영향을 미쳤을 것이라는 것을 추정할 수 있었다.
- 본 연구결과를 학계에 보고하는 논문 “Mitochondrial DNA data unveil highly divergent populations within the genus Hynobius (Caudata: Hynobiidae) in South Korea”은 SCI 국제학술지인 Molecules and Cells 2011년 2월 28일자로 게재되었다.
- 향후 미토콘드리아 DNA 분석결과 확인된 신종 후보 집단인 HC1, HC2, HC3 집단에 있어서 핵 DNA marker를 통한 집단유전학적 연구와 잡종형성 유무연구 및 형태분석을 통한 신종기재에 대한 연구가 더 진행될 것이며, 한국산 도롱뇽류의 진화역사를 좀 더 명확하게 구명할 계획이다.
한국야생동물유전자원은행 개요
한국야생동물유전자원은행은 야생동물자원을 효과적으로 보전하기 위해 설립된 비영리 연구기관이다. 사단법인 천연기념물동물유전자원은행은 문화재청에 등록된 한국야생동물유전자원은행의 법인 명칭이다. 야생동물유전자원은행은 다음 4가지 사업에 중점을 둔다. 1)야생동물(포유류, 조류 및 양서‧파충류)의 혈액, 조직, 분변, DNA, 기생체 등 야생동물 연구에 필요한 생물 시료를 체계적으로 수집, 보존, DB화 한다. 2)수집한 연구소재와 관련정보를 연구자에게 제공하여 야생동물 질병, 계통진화 및 분류, 보전유전학, 보전생물학, 기초생물학, 생명공학, 비교의학 연구를 촉진시킨다. 3)야생동물 보전을 위한 유전학, 보전의학, 보전생물학 연구, 학술 및 교육활동을 수행한다. 4)유전자원 확보에 필수적인 천연기념물 동물 및 야생동물의 구조, 치료, 재활, 관리, 질병연구 및 관련 교육과 지원 사업을 수행한다.
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