초록 ▼

□ 연구개요
비평형 통계물리학의 방법론을 이용하여 공간적으로 불균일한 환경에서의 생물 개체군 진화과정을 분석한다. 대부분의 생물 개체군은 시간적으로 뿐만 아니라 공간적으로도 불균일한 환경에 분포되어 각 지역 환경에 적응하도록 진화하기도 하며 이웃한 지역으로 이주하기도 하면서 진화해 나간다. 공간적으로 불균일한 환경에 놓이게 되면 생물 개체군은 장기적인 적응성을 높이기 위해 집단 내 유전자형의 분포 특성인 유전자형의 다양성과 가변성, 그리고 각 개체 유전자형의 구조 특성인 각 유전자의 가소성 또는 적응성과 모듈성 등의 유전자 특

□ 연구개요
비평형 통계물리학의 방법론을 이용하여 공간적으로 불균일한 환경에서의 생물 개체군 진화과정을 분석한다. 대부분의 생물 개체군은 시간적으로 뿐만 아니라 공간적으로도 불균일한 환경에 분포되어 각 지역 환경에 적응하도록 진화하기도 하며 이웃한 지역으로 이주하기도 하면서 진화해 나간다. 공간적으로 불균일한 환경에 놓이게 되면 생물 개체군은 장기적인 적응성을 높이기 위해 집단 내 유전자형의 분포 특성인 유전자형의 다양성과 가변성, 그리고 각 개체 유전자형의 구조 특성인 각 유전자의 가소성 또는 적응성과 모듈성 등의 유전자 특성을 만들어 낼 수 있는 방법을 고안하는 방향으로 진화해 나갈 것이며, 이러한 유전자 특성을 만들어내는 방법은 진화과정의 3가지 주요소인 복제, 선택, 그리고 돌연변이 과정에 관여하는 많은 변수들을 적절하게 조절하는 것으로 이루어진다. 따라서 공간적으로 요동하는 환경에서 요동의 정도와 진화 동역학과의 관계를 분석하고 환경의 요동이 개체군 내 유전자형의 분포 구조와 각 개체의 유전자형의 구조 형성에 미치는 영향을 연구하는 것이다.

□ 연구 목표대비 연구결과
비평형 통계물리학의 방법론을 사용하여 불균일한 여러 지역에 분포되어 복제, 선택, 변이의 진화과정을 통해 진화하고 다른 환경을 가지는 지역으로 이주하는 생물 개체군의 진화과정을 기술하는 체계적인 이론을 정립하고, 이를 바탕으로 지역마다 각각 다른 구체적인 적합도 함수가 주어질 때, 이론에 따라 진화된 생물 개체군의 집단 유전자형 분포의 다양성과 가변성을 예측하고, 각 개체 유전자형 구조의 가소성과 모듈성을 분석하는 것이 본 연구의 최종 목표이다.
본 연구에서는 최종 목표를 달성하기 위해 먼저 불균일한 환경에서의 진화과정을 기술하는 지배방정식(Master equation)을 완성하였다. 불균일한 지역 간의 이주를 섬모형을 이용하여 기술하고 대칭성을 가지는 불균일한 적합도함수를 사용하여 지배방정식을 완성하고 이 지배방정식을 유전자형의 비율 변수들로 전개하여 Fokker-Planck 방정식을 유도하였다. 또한 이에 대응하는 추계미분방정식 (Stochastic differential equations)도 유도하였다. 이렇게 유도된 방정식들은 고차원 방정식이어서 해석적 분석이 거의 불가능하기 때문에 1차원 방정식으로 근사시키는 것이 필요하며, 본 연구에서는 Fast-mode elimination 방법을 사용하여 slow-mode에 대한 추계미분방정식을 유도하고 이에 대응하는 Fokker-Planck 방정식을 유도하여 주어진 환경에서의 정상상태의 확률분포, 각 유전자형의 고정화 확률 (Fixation probability), 그리고 고정화에 걸리는 시간 (Fixation time) 등을 예측하였다. 또한 대칭성을 가지지 않는 적합도 함수를 가지는 불균일한 환경의 경우에도 같은 해석적 방법을 이용하여 위의 확률분포, 확률 및 시간들을 예측하였을 뿐만 아니라 비대칭의 정도가 각 유전자형의 진화에 미치는 영향도 분석하였다.

□ 연구개발결과의 중요성
생물 개체군의 진화과정을 기술하는 진화 동역학 방법론은 수평 유전자 전이 과정과 유전자 재조합과정, 그리고 지역 간의 이주과정을 체계적으로 동역학 방정식에 포함하는 일반적인 방법론으로서 많은 다른 연구, 특히 유전자 재조합 과정이 중요한 연구에서도 적용하여 체계적으로 동역학을 분석 할 수 있어 진화 생물학, 수리 생물학 연구에 큰 기여를 할 것이다. 또한 바이러스나 박테리아의 진화과정을 분석할 수 있게 하여 인류사회에서 발생 할 수 있는 전염병의 발발을 예방할 수 있는 대책 마련에도 큰 기여를 할 수 있다. 불균일한 환경 속에서 이주해 다니면서 진화하는 과정을 분석하여 점 돌연변이 비율, 유전자 재조합이 일어나는 위치와 비율, 수평 유전자전이의 전이 크기와 전이 비율, 그리고 이주 비율 등에 따른 바이러스/박테리아의 진화 속도를 예측하고, 속도를 조절하는 변수들이 무엇인지를 알아내면 바이러스/박테리아에 감염된 한 개체로부터 다른 개체로 이주한 바이러스/박테리아의 진화속도를 늦추어 면역치료를 통해 감염되지 않게 하는 방안을 마련할 수 있다. 따라서 연구 결과는 전염병의 발발을 억지하는데 중요한 정보를 제공한다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 7
• 4. 참고문헌 ... 7
• 5. 연구성과 ... 8
• 끝페이지 ... 8