원시 지구와 유기물의 합성, 원핵 생물

◎ 원시 지구와 유기물의 합성

지구의 나이는 대략 45억 년이라고 알려져 있습니다. 45억 년 전의 지구는 온도가 매우 높은 액체(마그마) 상태였습니다. 하지만 시간이 흘러 온도가 내려가면서 마그마가 굳어 지금의 땅이 생겼고, 수증기는 물이 되었습니다. 원시 대기는 메탄(CH4), 암모니아(NH3), 수소(H2), 수증기(H2O) 등의 기체로 이루어져 있었습니다. 현재의 대기와는 그 조성이 많이 달랐습니다. 또 오존층이 없었기 때문에 자외선이 차단되지 못하고 지구로 직접 들어왔고, 화산 활동도 잦았습니다. 과학자들은 이러한 자외선과 화산 활동으로 발생한 에너지에 의해 원시 대기의 기체들이 반응하여 최초의 생명체라고 할 수 있는 유기물(원래는 생물체의 구성 성분을 이루는 화합물을 칭하였으나 무기물로부터 유기물을 합성할 수 있음을 후에 알게 됨)이 만들어졌다고 생각했습니다.

실제로 1953년 밀러(Miller)는 실험을 통해서 원시 대기와 같은 무기물(유기물을 제외한 모든 화합물)로부터 유기물이 합성될 수 있다는 것을 증명했습니다.

 

◎ 코아세르베이트

무기물에서 유기물이 생겼다고 하더라도 유기물이 바로 생명체가 되는 것은 아닙니다. 왜냐하면 생명체는 스스로 생장할 수 있는 능력을 갖추어야 하기 때문입니다. 오파린(Oparin, A. I.)은 바다에 축적된 유기물이 뭉쳐서 형성된 코아세르베이트를 발견했습니다. 코아세르베이트는 세포 분열과 유사한 분열을 통해 증식이 가능하고, 자신에게 피요한 물질만을 선택적으로 흡수할 수 있었습니다. 이런 특징 때문에 코아세르베이트는 원시 생명체의 기원으로 받아들여졌습니다.

 

◎ 마이크로스피어

코아세르베이트와 함께 원시 생명체의 기원으로 받아들여지고 있는 또 하나의 물질이 마이크로스피어입니다. 폭스(Fox, S. W.)는 뜨거운 환경인 화산 가장자리나 바다 깊숙한 곳에서 아미노산이 뭉쳐지는 중합 반응이 잘 일어날 것이라고 추측했습니다. 그리고 실제로 중합 반응을 통해 폴리펩티드를 만들었는데, 이것을 프로테노이드라고 이름 붙였습니다.

프로테노이드는 물에 들어가서 코아세르베이트처럼 둥근 덩어리를 형성했는데 이것이 바로 마이크로스피어입니다. 마이크로스피어는 출아법을 이용해 분열하기도 하고, 주변의 물질을 흡수하는 등의 생명 활동을 나타내었습니다. 이런 이유로 마이크로스피어는 코아세로베이트와 함께 원시 생명체의 기원으로 받아들여졌습니다.

 

◎ 원핵생물의 등장

드디어 바닷속의 유기물을 이용하는 원시 생물체가 등장했습니다. 초기에 나타난 생물체는 원핵 생물이었습니다. 원핵 생물은 핵막이 없어서 핵과 세포질이 구분되지 않으며, 미토콘드리아와 엽록체같은 세포 소기관을 가지고 있지 않은 생물을 말합니다.

원시 대기는 산소가 풍부하지 않았기 때문에 원시 생물체들은 산소를 필요로 하지 않는 무기 호흡을 하여 에너지를 얻었습니다. 이렇게 호흡을 하며 외부의 유기물을 이용하는 생물을 종속 영양 생물이라고 합니다. 스스로 양분을 만들지 못하고 외부의 양분에 의지하는 생물들입니다. 종속 영양 생물은 기하급수적으로 증가했고, 바다 속 유기물은 점점 고갈되어 갔습니다.

이때 비로소 독립 영양 생물들이 나타나기 시작했습니다. 이들은 지금의 식물처럼 종속 영양 생물이 호흡을 통해 방출한 이산화탄소를 이용해 광합성을 하여 스스로 양분을 만들 수 있었습니다. 지금의 식물처럼 말입니다. 초기에 나타는 독립 영양 생물들은 홍색황세균, 녹색황세균과 같은 광합성 세균류였습니다. 이 세균류들은 빛과 함께 황화수소 기체(H2S)를 이용했을 것이라고 추측하고 있습니다. 그다음으로 물속으로부터 수소를 받아 광합성을 하는 남조류가 나타났습니다. 식물이 광합성을 하면 산소가 발생합니다. 많은 학자들이 남조류에서부터 산소가 만들어지기 시작했다고 말하고 있습니다. 다시 말해, 독립 영양 생물들이 출현하면서 대기 중에 산소의 농도가 증가했다고 볼 수 있습니다. 이와 함께 유산소 호흡을 하여 에너지를 얻는 종속 영양 생물이 나타났고, 오존층이 형성되어 자외선을 차단하게 되자 수중 생물들이 육상으로 올라올 수 있게 되었습니다. 이때까지의 생물들은 모두 원핵생물이었습니다. 그리고 시간이 흐르면서 핵막을 가지고 있는 진핵 생물들이 나타나기 시작했습니다.