생명의 기원

1. 생명체는 어떻게 시작되었을까?

 

생명의 기원에 대한 가설은 여러가지가 있으며 생명이 특정한 환경에서 유기 화합물과 같은 무생물로부터 자연 발생하는 과정을 연구하는 학문입니다. 생명의 기원은 38~41억년 전에 처음 지구에서 발생한 것으로 간주되고 있습니다.

생명의 기원은 오랫동안 “자연 발생설”로 설명되어 있었지만, 1861년의 파스톨의 실험이 자연발생설을 부정했습니다. 이후 생명 기원론은 과학자들의 관심을 끄는 주제가 되었습니다.

 

현대에는 일반적으로 화학진화의 모델에 기반합니다. 유기물의 생성과 생명의 기원을 연구하는 이 학문에서는, 생명의 기원이 여전히 원시대기와 원시바다라고 생각합니다. 원시 바다의 해안가로 유기물이 밀려들고 유기물들은 파도에 밀려 바위 해안의 웅덩이로 들어왔다가 햇볕에 증발되면서 점점 더 진하게 농축됩니다. 이윽고 그 진한 유기물 수프에서 최초의 생명이 탄생한다는게 그들의 생각입니다. 그러나 많은 과학자들이 이 가설에 의문을 제기합니다. 그들은 심해의 온천이나 용암, 해변의 구덩이, 진흙 속에서 생명의 기원을 보고 있습니다. 다만 배종발달설과 같이 외계 물질에 의해 기원했다고 보는 경우도 있습니다.

 

가장 오래된 형태의 가설로서, 생명이 수많은 무기물이 뒤섞인 원시수프와 같은 형태에서 출발했다는 가설로서, 구소련의 생화학자 오파린은 생명이 유기물이 풍부한 원시 해양에서 발생했다고 생각했습니다.

 

아미노산이나 당과 같은 유기 화합물이 합성되어, 원시해양에 축적되고, 원시 수프(soup)가 형성됩니다. 생명체가 없었기 때문에 유기분자가 농축되어 원시 대양은 뜨겁고 묽은 수프처럼 되었습니다. 변화하는 세상초기 박테리아는 원시 수프에서 단당류라는 영양분을 얻었고, 다른 박테리아는 유황과 질소를 먹고 살았다는 것입니다. 원시수프에는 우연히 스스로를 복제할 수 있는 자기복제자가 나타났습니다.

 

원시수프 생명 기원 가설은 최초의 생명체는 유기물 분자로 이루어진 `원시수프'에서 출발했을 것이라는 지배적인 가설입니다. 이 오파린 가설은 30년이 지난 후 1953년에 시카고 대학의 유리와 밀러는 수증기, 메탄, 암모니아, 수소가스의 혼합물에 전극을 발광시킴으로써  단백질의 근본이 밝혀집니다.

 

생물 에너지학과 열역학적으로 입증되지 않았음에도 원시수프 가설은 80년 동안이나 생명체 기원에 관한 주류 논리의 중추 역할을 해 왔습니다. 그러나 비판론자들은 수프에는 이런 반응을 일으킬만한 원동력이 존재하지 않았으며 이런 에너지원이 없다면 생명체가 존재할 수 없다는 반론을 제기해 왔습니다.

 

간단한 아미노산 분자가 중합하여 분자수가 긴 단백질을 생성하기 위해서는 중합 반응이라는 탈수 반응이 일어날 필요가 있습니다. 탈수반응이 일어나는 장소로서, 이와 같은 장소에서 반복 해수가 말라 올라가거나 공급되는 장소가 생각됩니다.

 

생명 탄생의 장소를 밝히기 위해서는 이와 같이 화학 진화의 진행하기 쉬운 장소를 생각하는 것이 유일한 방법이었습니다. 그러나 1990년대에 분자생물학적 연구에서 새로운 관점이 제시되었습니다.

 

현재 지구에 서식하는 모든 생물을 하나의 계통수로 나타내고, 가장 원시적인 생물의 성질을 추정하면, 생명 탄생의 장소에 대해 단서를 얻을 수 있습니다.

원핵생물로부터 진핵단세포생물, 다세포생물인 동물, 식물, 진균류를 포함하여, 매우 공통적으로 생명활동에 중요한 역할을 담당하는 분자로서 리보솜 RNA가 있습니다. 그 염기 서열의 비교로부터 계통수가 만들어졌습니다. 얻은 계통수에는 공통 조상에서 분기한 2개의 원핵생물의 그룹이 있었고, 그 하나의 그룹에서 진핵생물이 파생되었습니다. 계통수의 근원 근처에는 고온 환경에 적응한 세균이 위치하고, 근본에 가장 가까운 생물은 초호온성 세균이었습니다.

지구의 역사 속에서 초기에 출현한 생물에 가까운 생물일수록 고온에 적응하고 있다는 것은 시대를 거슬러 올라갈 정도로 지구가 고온이었다는 것입니다. 공통 조상에 가까운 원핵생물은 온도가 60 ° 이상의 온천이 불어오는 환경에서 발견된 것이 많습니다. 이것은 초기 지구의 생물이 해저의 열수 분출계와 같은 환경에 서식하고 있다는 가설의 증거입니다.

 

.미국의 화학자, 생물학자 스탠리 밀러는 생명의 기원에 대한 연구에서 무기물에서 유기물을 합성하는 실험을 통해 원시지구에서 생명탄생의 가능성을 증명하였습니다. 그는 실험에서 암모니아와 수증기 등 원시지구에 다량 존재했던 기체들에 전기 방전을 가하면 유기물이 합성되며, 이 유기물들이 생명체의 존재 없이도 합성 가능하다는 사실을 실험적으로 증명하였습니다.

 

밀러의 가장 높게 평가되는 과학적 업적은 그가 시카고 대학을 다니던 1953년에 이루어졌습니다. 밀러는 스승인 유리의 수업을 듣고 생명체를 이루는 분자가 만들어지려면 지구가 환원성 대기여야 했을 거라는 주장을 증명하는 실험을 하려 했습니다. 결국 밀러는 1953년 실험을 통하여 무기물로부터 유기물을 합성하는데 성공하였습니다. 이 실험은 초기 지구에 존재했던 간단한 화학적 물질들로 어떻게 아미노산과 단백질을 합성하였는지 설명하였습니다. 밀러는 생물학적 문제에서 가장 어려운 것들 중 하나를 해결한 것이었습니다. 또한 이 실험은 구소련의 생화학자 알렉산드르 오파린의 가설을 확립시켜주었습니다.