계통학

1. 개요2. 방법론

2.1. 분지학 (cladistics)2.2. 발생학2.3. 진화생물학2.4. 계통수

3. 계통군 (Clade)4. 다루는 생물계에 따른 계통학

4.1. 동물계통학4.2. 식물계통학4.3. 미생물계통학

1. 개요

계통학(phylogenetics)이란 계통발생학이라고도 하며 계통분류학(systematics)의 한 분파로, 고대 생물이 진화 과정에서 어떻게 다른 생물로 분화되어 왔는지 진화의 흐름과 분기점, 공통 조상을 추적하는 학문이다.

연관 학문으로 분류학이 있다.

2. 방법론

2.1. 분지학 (cladistics)

분지학(分枝學) 혹은 분기학(分岐學)은 생물 계통을 구분할 때 공통 조상에 따라 생물을 나누는 방법론이다. 계통학의 근간이 되는 방법론이다.

2.4. 계통수

생물의 진화과정을 추론하기 위해 생물의 유사성을 분석해 그린 트리 다이어그램이다.

3. 계통군 (Clade)

분류학(taxonomy)의 분류군은 얼마나 넓은 범위를 망라하느냐에 따라 계-문-강-목-과-속 등의 단계로 나뉘지만, 단계와 별도로 공통 조상을 가진 그룹을 묶어서 계통군(clade)으로 묶인다.

계통군은 단계통군, 측계통군, 다계통군의 세 가지 유형으로 나뉜다.

그림 속 예시인 석형류는 대표적인 단계통군이다.

일반적으로 단계통군(Monophyletic Group)이 가장 바람직한 분류군으로 여겨진다. 하나의 공통 조상을 가진 생물군을 모두 포함하는 분류군을 단계통군이라고 부른다. 체계적으로 분류된 분류군은 거의 대부분 단계통군이다. 예컨대 포유류나 조류가 단계통군의 예가 된다.

그림 속 예시인 파충류는 대표적인 측계통군이다.

측계통군(Paraphyletic Group)은 하나의 공통 조상을 가진 생물군들로 이루어졌지만 그 공통 조상 아래의 생물군을 모두 포함하지는 않는, 빠진 조각이 있는 분류군이다. 예컨대 파충류로 분류되는 동물들은 모두 석형류에 속하지만, 석형류에 속하는 동물 중에는 파충류에 속하지 않는 분류군이 존재하기 때문에 파충류는 측계통군에 해당한다. 측계통군도 때로는 분류 체계로서 인정되기도 하지만, 파충류와 조류를 아우르는 새로운 단계통군인 석형류가 제안된 것에서 볼 수 있듯이 되도록이면 단계통군으로 재정리될 것이 권장된다.

현재도 대표적으로 쓰이는 측계통군은 어류가 있다. 어류의 생물학적 정의는 사지상강을[1] 제외한 척추동물아문 생물들을 의미한다.

그리고 일상에서 인간을 제외한 척추동물을 통칭할 때 쓰이는 "동물"도 역시 측계통군에 해당한다.

버섯도 측계통군이다.

겉씨식물과 속씨식물도 측계통군으로 본다. 특히 현재 속씨식물은 문(門)과 강(綱)을 사용하지 않고 식물군이라는 측계통군으로 분류한다.

그림 속 예시인 정온동물은 대표적인 다계통군이다.

다계통군(Polyphyletic Group)은 아예 공통조상으로 묶이지 않는 생물들이 모인 분류군이다. 정온동물은 포유류와 조류를 포함하고 파충류를 제외하는 분류군으로서[2] 다계통군의 대표적 예시로 거론된다. 다계통군은 인위적인 군이므로 폐지하고 단계통군으로 정리하는 것이 원칙이지만, 어떤 분류군이 다계통군이라는 건 그 분류군의 공통조상이 없다는 걸 알았음만으로도 충분하기 때문에 쉽게 폐지되지 않기도 한다. 예를 들면 원생생물은 폐지하고 여러 단계통군들로 재조정이 됐으나 여전히 논란이 많고, 양서류는 아직도 정리가 되지 않았다.

4. 다루는 생물계에 따른 계통학

4.1. 동물계통학

동물의 발생학적 특징과 세포핵과 미토콘드리아, DNA, 리보솜(ribosome), RNA, 비교해부학 등을 가지고 동물의 공통 조상을 찾아내고 그 공통조상으로부터 어떤 과정을 거쳐 분화되었는지 알아낸다.

4.2. 식물계통학

식물의 공통조상과 분화 과정, 발생 관계를 밝히는 학문이다. 제약 산업과 식량 산업 덕분에 이쪽 연구가 굉장히 활발하게 이루어지고 있다.

약학에서 식물계통학은 약의 소재로 적절한 식물을 찾아내는데 쓰인다. 식물의 발생 과정을 추적하여 공통 조상과 분화과정을 알아내었다면, 그 분화과정을 인위적으로 일으켜 특정 독초와 비슷한 약효를 가지고 불필요한 독성은 적은 식물을 기를 수 있게 된다.

농업에서 식물계통학은 농작물의 발생 흐름을 추적하여 먹을 수 있는 식물과 먹을 수 없는 식물의 공통 조상과 분화 과정을 알아내었다면, 먹을 수 없는 식물을 먹을 수 있는 식물로 인위적으로 개량할 수 있게 된다.

4.3. 미생물계통학

전염병을 일으키는 바이러스와 세균의 분화 과정을 알아내 해당 생물을 죽일 수 있는 치료법을 개발하거나 새로운 유행병의 발생 가능성을 예측할 수 있다. 예로 들어 코로나19 바이러스가 어떤 새로운 종으로 분화되어 새로운 유행병을 일으킬 수 있는지 예측하기 위해 계통발생학적 연구가 진행되었다.

[1] 양서류, 석형류, 단궁류 등을 포함한다.[2] 심지어 일부 포유류는 변온동물이고 악상어 계통의 일부 어류는 정온동물이다.