찰스 다윈과 지구 최초 생명체

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작성자 영재원 댓글 0건 조회 6,819회 작성일 12-02-24 11:23

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최초 원시 생명체의 탄생지는 어디일까
“만약 우리가 모든 종류의 암모니아와 인산염, 빛, 열, 전기 등이 존재하는 조그맣고 따뜻한 연못 안에서 화학적으로 단백질 화합물이 구성돼 더 복잡한 물질로 변화할 준비가 돼 있다고 상상한다면 얼마나 엄청난 일일까.”

위 내용은 ‘종의 기원’이 발간된 지 12년 후인 1871년에 찰스 다윈이 친구인 조지프 후커에게 보낸 편지 중의 한 문구이다.

▲ 진화론의 창시자인 찰스 다윈 ⓒ퍼블릭 도메인

진화론의 창시자인 다윈은 ‘종의 기원’에서 모든 생물은 하나의 조상에서 유래했다고 썼다. 그러나 생명체가 탄생된 이후의 진화과정을 설득력 있게 설명한 진화론의 가장 큰 약점 중 하나는 바로 그 ‘지구 최초의 원시생명체’가 어떻게 생겨났는지를 설명하지 못했다는 점이다.

아무리 미세한 박테리아일지라도 2천 가지 이상의 단백질로 구성돼 있지만, 그 중 단 1개의 단백질조차 무기물에서 만들어질 가능성은 없기 때문이다. 그런데 1953년 시카코 대학의 한 대학원생이 무기물에서 유기물이 만들어진다는 사실을 실험으로 입증하는 데 성공했다.

스탠리 로이드 밀러(Stanley Lloyd Miller)라는 이름을 가진 그 대학원생은 플라스크에 메탄, 암모니아, 수소가스와 수증기의 혼합물 등 원시 지구의 대기와 가깝다고 여겨진 물질들을 채우고 여러 차례 전기방전을 일으켰다.

그러자 며칠 후 플라스크의 내벽에 생긴 얇은 막으로 인해 플라스크가 적갈색으로 변해 버렸다. 밀러는 그 물질을 분석한 결과, 단백질을 구성하는 기본단위인 아미노산을 비롯해 다양한 유기물을 발견할 수 있었다.

오파린의 가설 증명

밀러의 실험은 1920년대 러시아의 화학자 알렉산더 오파린과 영국의 생물학자 J. B. S. 홀데인이 원시지구의 해양에서 최초의 생명체가 발생했으리라는 가설을 증명한 셈이었다. 더불어 다윈이 미처 풀지 못했던 생명의 기원 문제도 해결되는 듯했다.

그러나 1980년대 이후 밀러의 실험에 대한 믿음이 흔들리기 시작했다. 오파린 및 홀데인과 밀러 등이 생각한 원시지구의 대기는 현재와 달리 메탄, 암모니아, 수소, 수증기 등의 환원성 대기였던 것.

그런데 원시대기가 환원성이 아니라 약한 환원성이거나 중성 혹은 산화성이었을 거라는 주장들이 강하게 제기되기 시작한 것이다. 문제는 밀러의 실험조건처럼 환원성 대기가 아닐 경우 아무리 전기방전을 해도 생체분자들이 거의 생성되지 않는다는 점이었다.

이후 다시 미궁에 빠진 지구 최초의 원시생명체 탄생에 대한 해답은 의외의 곳에서 찾아졌다. 과학자들이 주목한 곳은 해저에서 뜨거운 물이 솟아나오는 열수분출구였다.

1977년 잠수정 앨빈호를 이용해 동부 태평양의 갈라파고스 제도 부근 해저산맥에 있는 심해 열수구를 탐사하던 해양학자들은 놀라운 사실을 발견했다. 빛이 존재하지 않을뿐더러 황화가스나 중금속 같은 독성물질들이 높은 농도로 분출되는 그곳에 엄청나게 많은 양의 저서생물들이 살고 있었던 것.

그 후 연구를 통해 그곳에 그처럼 많은 저서생물들이 살고 있는 이유가 밝혀졌다. 수많은 저서생물들의 생존은 열수분출구에서 뿜어져 나오는 각종 물질들로 에너지를 생성하는 다양한 미생물 덕분이었던 것.

이후 과학자들은 지구상 최초의 생명체가 탄생한 후보지로 열수분출구를 주목했다. 42억~40억 년 전 사이에 열수분출구 주위에서 최초의 원시세포가 탄생했거나 혹은 외계로부터 날아온 운석에 붙어 있던 생명체가 열수분출구 부근에 안착해 생명활동을 유지해온 곳으로 짐작하고 있는 것.

더구나 깊은 바다 속의 열수구들은 거대한 운석이 지구와 충돌해도 재난을 면할 수 있는 평온한 환경이어서 더욱 유력한 후보지로 꼽힌다.

지열 웅덩이가 최초 생명체 탄생지?

하지만 최근 지구 최초의 원시생명체는 심해 열수구가 아니라 뜨거운 온천에 의해 지구 표면 위로 분출되었던 액체 덩어리 위에서 발생했다는 새로운 학설이 제기돼 화제가 되고 있다. 즉, 미국의 옐로스톤국립공원에서 보는 듯한 ‘지열 웅덩이’가 최초 원시생명체의 탄생지라는 것.

이는 독일 오스나브룩 대학의 아르멘 물키디야니안(Armen Mulkidjanian) 연구팀에 의해 수행된 유전학 및 지리학적 연구 결과물이다. 그들이 이 같은 주장을 한 이유는 만약 생명체가 염분이 많은 바다에서 생겨났다면 풍부한 나트륨으로 만들어진 효소를 지니고 있어야 하지만 대부분의 현대 세포는 나트륨 이온보다 높은 비율의 칼륨 이온을 지니고 있다는 것.

지구 내의 깊은 곳에 있는 물이 가열돼 증기가 되고 지표면까지 도달해 식으면서 응축된 지열 웅덩이의 응축된 증기에서는 칼륨 대 나트륨 이온의 비율이 75 대 1일 정도로 칼륨 이온이 매우 풍부하다.

이 연구결과를 발표한 아르멘 몰키디야니안은 “만일 최초의 세포막이 작은 분자와 이온이 잘 스며드는 성질을 지녔다면 최초의 세포 내부는 그 주변 환경과 평형을 이루어야 할 것”이라고 주장했다.

앞으로 이 연구결과에 대한 과학계의 또 다른 증명이 어떻게 이어질지는 모르지만 놀라운 것은 이들이 지목한 최초 원시생명체 탄생지가 찰스 다윈이 조지프 후커에게 보낸 편지 속의 내용과 너무나 흡사하다는 점이다.