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설명문/논설문

제목 최초의 세포와 생명체의 진화
글쓴이 최하늘

작성자 고3


 오늘날 지구는 다양한 생물들이 존재합니다. 이 생물들은 어떤 과정을 통해 나타났을까요? 아직 확실하게 알 수는 없지만 많은 사람이 믿는 가설을 통해 그 과정을 설명해보려고 합니다.

오파린과 홀데인이 주장한 화학적 진화설에 의하면 원시 대기에 존재하던 무기물이 간단한 유기물이 되고, 간단한 유기물이 복잡한 유기물이, 복잡한 유기물이 유기물 복합체가, 유기물 복합체가 원시 세포 즉 원시 생명체가 되었다고 합니다. 이 원시 생명체가 진화하면서 현재와 같은 생명체들이 탄생한 것입니다. 최근에는 원시 대기가 산화 작용이 일어나 유기물이 존재하는 것이 어려웠을 것이라는 추측과 심해 열수구의 유기물이 합성될 수 있는 에너지가 풍부하다는 조건이 맞물려 원시 대기보다는 심해 열수구가 원시 세포 탄생 장소로 주목받기도 합니다.

그럼 무기물에서 어떻게 원시 세포가 탄생했는지 그 과정에 대해 설명해보도고 하겠습니다. 먼저 원시 대기에 존재하던 무기물로는 암모니아, 메테인, 수소, 수증기 등이 있습니다. 이러한 무기물들에 에너지가 공급되면 간단한 유기물인 아미노산과 뉴클레오타이드가 합성됩니다. 이 과정은 유리와 밀러의 실험을 통해 증명되었습니다. 이러한 간단한 유기물들이 계속해서 생성되고 때 농축되게 되면 복잡한 유기물인 단백질과 핵산이 형성됩니다. 그 다음으로 복잡한 유기물이 모여 생성되는 유기물 복합체가 됩니다. 코아세르베이트, 마이크로스피어, 리포솜이 바로 유기물 복합체입니다. 코아세르베이트는 액상의 막을 가지고 물질 흡수를 통해 커지며 분열해 간단한 대사 작용이 가능힙니다. 마이크로스피어는 아미노산 용액에 열을 가해 만들어진 아미노산 중합체를 물에 넣어 식혀 액체 방울 모양으로 만든 유기물 복합체입니다. 단백질의 막을 가지고 물질 흡수로 성장하며 분열해 증식이 가능합니다. 리포솜은 물 속의 인지질이 뭉쳐진 유기물 복합체인데요, 현재의 세포막과 유사하게 인지질 2중층의 막을 가졌으며 단백질 부착이 가능하며 선택적 투과성이 있습니자. 작은 리포솜을 만들어 분리가 가능하고 물질 흡수 및 방출, 조건이 갖추어지면 물질대사까지 가능합니다. 이런 유기물 복합체들은 시간이 지난 뒤 최초의 생명체가 됩니다.

이렇게 탄생한 세포들은 원핵생물의 출발점이 됩니다. 최초로 나타난 원핵생물은 무산소 호흡 종속 영양 생물이었습니다. 원시 지구의 대기에는 산소가 없거나 부족했기 때문에 이들은 무산소 호흡을 했으며 원시 바다의 유기물을 섭취했을거라 추정됩니다. 이 생물들로 인해 대기의 이산화탄소 농도가 증가하게 됩니다. 다음에 출현한 생물은 광합성 독립 영양 생물입니다. 이 생물들은 오늘날의 식물들처럼 광합성을 통해 빛 에너지를 화학 에너지로 전환해 스스로 에너지를 얻었습니다. 따라서 대기의 산소 농도가 증가하고 유기물이 증가하게 됩니다. 이때 오존층도 형성되기 시작했다고 합니다. 다음에 등장한 생물은 증가한 대기 중의 산소로 호흡하는 산소 호흡 종속 영양 생물입니다. 이들은 무산소 호흡보다 효율이 좋은 산소 호흡을 통해 살아가고 있습니다.

세포 내 공생설에 의하면 무산소 호흡 원핵생물에 산소 호흡 세균과 광합성 세균이 공생하여 각각 미토콘드리아와 엽록체가 되어 현재의 진핵생물의 조상이 되었다고 합니다. 그 증거로 미토콘드리아와 엽록체는 스스로를 복제할 수 있는 유전자를 가지고 있으며 원핵생물과 비슷한 막과 크기 등을 가지고 있습니다. 이후 단세포 진핵생물들의 군체가 다세포 진핵생물로 진화하면서 더욱 복잡한 생명체들이 탄생하게 되었습니다.