"최초의 생명체, 육지의 열 웅덩이에서 나왔다"

최초의 생명체는 기존의 학설처럼 바다에서 생겨난 것이 아니다.

생명체가 지열로 가득찬 뜨거운 웅덩이속에서 나왔다는 새로운 학설이 제기됐다.

미국의 세계적 과학잡지 싸이언티픽아메리카는 15일(미현지시간)자에서 이같은 지구상 생명체기원에 대한 아르멘 물키디야니안 독일 오스나브뤽대 연구팀의 최신 연구결과를 보도했다.

이 연구결과에 따르면 최초의 세포, 또는 적어도 지금까지 여전히 후손을 남긴 생명체는 그 시초가 오늘날의 미 옐로스톤국립공원에서 보는 듯한 지열웅덩이(geothermal pools)였음을 보여주고 있다는 것이다.

이 연구결과를 내놓은 과학자들은 주장은 모든 고세균(古細菌)과 박테리아에 공통적으로 들어있는 효소가 바닷속 생명기원설을 뒷받침할 소금의 구성원소인 소듐(나트륨)이 아닌 포타슘,인, 또는 아연으로 만들어졌다는 관찰결과에 따른 것이다.

■생명체기원의 새로운 증거엔 반론의 여지 없다?

기존 과학자들은 생명이 바다에서 나타났다고 생각해 왔다.그러나 새로운 연구결과에 따르면 최초의 세포, 또는 적어도 지금까지 여전히 후손을 남긴 생명체는 그 시초가 오늘날의 미 옐로스톤 국립공원에서 보는 듯한 화산지열웅덩이(geothermal pools)였음을 보여주고 있다.

이 주장은 하나의 반론의 여지가 없는 한 관측에 근거하고 있는데 그것은 모든 고세균(古細菌)과 박테리아에 공통적으로 들어있는 효소가 소금의 구성원소인 소듐(나트륨)이 아닌 포타슘,인, 또는 아연으로 만들어졌다는 데 기반하고 있다.

이들 과학자 역시 지구의 생명체는 거친 장소에서 시작했다고 보고 있다. 그 표면은 오늘날의 생명체에게는 독성있는 환경에 덮여있었고 지속적인 화산분출에 의해 휘저어지고 있었다.

게다가 이 얇은 원시대기는 젊은 태양의 거친 자외선빛으로부터 생명을 거의 보호하지 않았다.

과학자들은 이처럼 생명체가 살기 힘든 상황을 감안할 때 어떻게 최초의 세포가 거의 40억년전에 나타났는지에 대해 의아해 하면서 연구를 시작했다.

■세포에 나트륨보다 포타슘이 많다

일부 생물학자들은 앞서처럼 좋지 않는 지구의 환경에서 살아있었을 초기생명체의 세포막에 눈을 돌렸다. 이들은 이 세포막이 오늘날의 그것처럼 촘촘하지 않았을 것이라고 보고 있다. 그리고 그대신 작은 분자와 이온이 자유롭게 세포막을 드나들게 했었을 것으로 보고 있다.

그런데 만일 생명체가 염분이 많은 바다에서 올라왔다면 최초의 세포와 그들의 생명체들은 풍부한 소듐(나트륨)으로 만들어진 효소를 가지고 있었을 것으로 보았다. 그렇지 않다면 적어도 더많은 나트륨을 내부에 가지고 있었을 것이라고 추론했다.

그러나 현대의 고세균과 박테리아에 나트륨 대신에 내부에 낮은 농도의 나트륨용액, 그리고 다른 요소로부터 만들어진 효소가 훨씬 더 많이 포함돼 있었다. 이는 이들 세포가 바다처럼 나트륨(소금)이 풍부한 환경이 아니라 효소가 풍부한 환경에서 만들어졌다는 힌트를 제시한다.

이 논문의 수석저자인 아르멘 물키디야니안 독일 오스나브뤽대 생명물리학자는 “만일 최초의 세포막이 작은 분자와 이온이 잘 스며드는 것이었다면 최초의 세포 내부는 그들 주변환경과 평형을 이루어야 했었을 것”이라고 지난 13일자로 발행된 논문에서 설명했다.

또 “세포질의 무기물화학을 재구성함으로써 최초의 세포가 거주할 수 있었을 장소를 재구성하는 것이 가능할 것”이라고 가정했다.

■세포에 많은 포타슘이 넘치는 곳은 지열 웅덩이

연구팀은 대부분의 현대 세포는 나트륨이온보다 높은 비율의 포타슘이온을 가지고 있다는데 착안했다.

논문 수석저자인 아르멘 물키디야니안은 “우리는 포타슘이 풍부하게 이끄는 과정과 상황을 가진 모든 장소를 찾았다”고 말했다. 오늘날까지 남아있는 그런 유일한 장소는 이른바 '증기가 넘치는‘ 지열시스템으로 불리는 장소로서 지구내의 깊은 곳에 있는 물이 가열돼 증기가 되고 지표면까지 도달해 식고 응축돼 기본적으로 물이 풍부한 웅덩이가 된 곳이다.

이 웅덩이에서의 압축, 또는 응축된 증기에서는 포타슘과 나트륨이온의 비율이 75대 1이 될 정도이며 뜨거운 물이 바위속의 원소까지 침출시켜 그런 원소들도 풍부하게 존재한다.

그래서 물키디야니안과 그의 동료들은 이 장소가 최초의 생명체들을 부화시킨 곳이었을지도 모른다고 믿고 있다.

이 주장은 아마도 선견지명이 있었던 제안을 한 '종의 기원'의 저자 찰스 다윈의 1871년 편지와도 일치한다.

편지에는 “그러나 우리가 만일 모든 종류의 암모니아와 인산염,빛,열, 전기 등을 가진 작은 연못 안에서 화학적으로 단백질 화합물이 구성돼 더 복잡한 변화를 할 준비가 돼 있다고 상상한다면 얼마나 엄청난 일일까”라고 쓰고 있다.

■원시세포는 투과성이 높은 세포막,

노벨상수상자인 유전학자 잭 조스탁 하버드대 교수또한 최초의 세포는 아마도 투과성이 높은 세포막을 가지고 있었을 것이며, 초기 바다는 생명의 기원이 등장하기에는 별로 좋은 환경이 아니었다고 주장한다.

물키디야니안과 그의 동료들은 “액체가 잘 투과할 수 있는 이 원형세포(proto-cell)는 바다에서는 포타슘보다는 나트륨에 훨씬 더 많이 노출됐을 것이라고 보았다. 또 높은 압력을 받는 대양바닥에서 수용액을 이용해 물질을 합성하는 수열합성 과정을 통해 나트륨과 포타슘 간의 어떤 불균형도 유지하기 힘들었을 것이라는데 주목했다.

그러나 이것은 세포가 반드시 포타슘이 풍부한 환경에서 생겨났다고 생각하게 만드는 것은 아니다. 사실 현대세계에서도 지열지역은 대개 높은 산성이어서 죽음의 지역이 되고 있다.

조스탁 박사는 “세포들은 여전히 기능상의 이유 때문에 세포질에서 나트륨에 비해 높은 포타슘 비율을 생성하고 유지하는 능력을 가진 쪽으로 진화해 왔을 것”이라고 말했다.

그는 “세포내에 나트륨보다 높은 칼륨 비율을 생성하게 된 이유가 생명을 발생시키거나 초기 진화의 기반을 형성한 역사적 환경 때문이었는지, 아니면 특정한 세포 구성물질이 더 잘 기능할 수 있도록 하기 위한 화학적 요구 때문이었는지”가 기본적인 의문점이라고 설명했다.

■세포들은 세포액을 변형하면서 환경에 적응해 왔다

샌디에이고대 해양학스크립스연구원 소속 해양화학자 제프리 바다는 “섬에서 생겨난 세포들은 섬에서 생성된 후 진화가 이뤄졌다. 세포의 생명은 억겁의 세월을 보내면서 세포질 내부의 용액인 시토졸의 모습을 수없이 변화시켰고 오늘날의 생명체가 다양한 형태의 구성을 갖게 했다”고 말한다.

워싱턴 카네기 연구원의 지질 학자 짐클레이브스는 “그것은 적어도 그들이 세포용액의 기능을 제어할 수 있게 되자 세포용액의 구성에 적응하기 위해 (현대의 모든 세포들이 그러듯이) 세포용액의 구성을 수정해 왔던 것과 똑같지 않은가?”라고 묻고 있다.

그는 “이런 구성과 맞아 떨어지는 어떤 현대의 환경도 정말 우발적인 경우”라고 말한다.사실 클리브스는 진화과정 중간에 끼어든 모든 것을 감안할 때 초기의 생명체가 무엇이었는지, 또는 모든 생명체에 공통된 최초의 조상이 어떤 것이었는지를 알아내기란 불가능하다“고 주장한다.

그것은 현대의 PC로부터 주판을 추론해 보려고 노력하는 것과 비슷하다고 그는 강조한다.

“당신은 라디오 섁의 TRS-80 컴퓨터를 추론해 낼 수는 있지만 그리고 나면 모든 것은 흐릿해져 그 중간의 생물학적 진화의 흔적기관 단계를 추론해 낼 수는 없을 것”이라는데 주목했다.

그러나 생명은 30억년이상의 진화를 하면서 보존돼 왔다. 예를 들면 효소의 방패와 산소로 작용하는 세부 내부의 활동이 그런 것이다.

물론 초기 지구의 환경에서는 산소가 없는 대신 황화수소같은 가스가 넘쳐났었다.

물키디야니안은 “이것은 오늘 날 우리가 황화수소가 진흙웅덩이나 간헐온천에서 스며나오는 옐로스톤 국립공원에서 맡는 냄새와 같다”고 말한다. 또 “최초의 세포는 그런 장소에서 진화해 왔고 그들의 자손은 지난 30억년 동안 어머니세포에서 딸세포에게로 그런 연관성을 전해 내려왔다”고 주장했다.