혐기성 세균과 호기성 세균의 공생, 세포의 탄생 원...

혐기성 세균과 호기성 세균의 공생, 세포의 탄생



원핵생물밖에 없던 시절 대부분의 세균은 혐기성 세균이었다. 혐기성이란 ‘공기를 혐오하는 성질’이라는 뜻이다. 여기서 공기는 산소를 뜻한다. 즉 혐기성 세균은 산소를 사용하지 못하므로 발효를 통해 에너지를 얻는데, 발효는 산소호흡보다 에너지 효율이 매우 낮다. 나는 원래 호기성 고세균이었다. 호기성이란 ‘공기, 즉 산소를 좋아하는 성질’이라는 뜻이다. 호기성 고세균은 산소호흡을 하기 때문에 높은 효율로 에너지를 생산한다. 발효가 2개의 생활에너지ATP를 생산할 때 산소호흡은 32개의 생활에너지를 생산한다. - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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혐기성 세균이 호기성 고세균을 곁에 두는 것은 결코 나쁜 일이 아니었다. 산소는 혐기성 세균이 에너지를 생산하는 데는 도움도 되지 않으면서 유전자와 단백질을 파괴하고는 한다. 그런데 호기성 고세균이 곁에 있으면 그들이 산소를 처리해 주니까 생존에 유리했다. 항상 그런 것은 아니다. 사용할 수 있는 환경 자원이 별로 없을 때는 곁에 있는 호기성 고세균을 삼켜 먹기도 했다. 일단 배를 곯을 수는 없으니까 말이다. - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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역사가 시작된 날은 바로 그날이었다. 그날도 혐기성 세균 하나가 굶주림을 참지 못하고 호기성 고세균 몇 마리를 꿀꺽 삼켰다. 그런데 웬걸! 호기성 고세균이 소화되지 않았다. 삼킨 호기성 고세균은 혐기성 세균 안에서 함께 살게 되었다. 이 사건은 모두에게 이익이 되었다. 혐기성 세균은 높은 산소 농도 환경에서도 자기 안의 호기성 고세균이 산소를 처리해 주어서 안전했으며 호기성 고세균이 만든 풍부한 에너지를 사용할 수 있게 되었다. 호기성 세균 역시 생존을 위한 여러 작용은 혐기성 세균에게 떠맡긴 채 자신은 에너지 생산에만 집중하면 되니 이득이었다. 혐기성 세균과 호기성 고세균의 공생이 시작된 것이다. 호기성 고세균은 혐기성 세균에 들어가면서 미토콘드리아로 이름을 바꿨다 - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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제다이와 미토콘드리아. ˝포스가 늘 당신과 함께하길...

제다이와 미토콘드리아.


˝포스가 늘 당신과 함께하길 May the Force be with You!”

여기서 포스 Force 란 무엇일까? 영화 〈스타워즈〉의 정의로운 제다이 기사에 따르면 포스, 즉 힘은 ‘미디클로리안’이라는 물질의 산물이다. 미디클로리안은 모든 세포에 들어 있으며 현미경으로 겨우 볼 수 있는 작은 생명체다. 모든 제다이는 미디클로리안과 서로 도움을 주고받는 공생 관계에 있다. 미디클로리안이 없으면 생명은 존재할 수 없으며, 제다이와 함께할 포스도 없다. 역사상 가장 높은 미디클로리안 수치를 갖고 태어난 사람은 아나킨 스카이워커로 세포마다 2만 개가 넘게 있다. 〈스타워즈〉의 팬이라면 이해할 수 있는 이야기다.

나는 미토콘드리아Mitochondria다. 조지 루커스 감독이 내 이름을 미디클로리안으로 바꾼 것은 매우 어설프지만 꽤 재치 있는 시도였다. - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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다윈과 눈 목적이 없는 진화’라는 말을 들으면 흥분...

다윈과 눈


목적이 없는 진화’라는 말을 들으면 흥분하는 사람들이 있다. 바로 창조과학자들이다. 그들은 생각한다. 눈은 수정체, 망막, 홍채 같은 구성 요소가 함께 작용하면서 시력을 만들어내는 복잡한 구조다. 눈처럼 완벽하고 기능적인 기관이 어떻게 일련의 작고 점진적인 변화를 통해 진화할 수 있었을까? 쉽게 말할 수 있는 답이 아니었다. 창조과학자들은 눈을 진화이론의 약한 고리로 보고 공격했다. 화려한 수사로 포장했지만 그들의 주장은 결국 “눈은 너무 복잡하다. 진화해서 생길 수 있는 게 아니다”라는 것이다. - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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다윈의 주요 관심사 중 하나는 눈의 진화에 있어 그럴듯한 중간 단계를 찾아내는 것이었다. 각 단계는 기능적이어야 하고 생명체에 선택적 이점을 제공해야 했다. 완벽하지 않고 어정쩡하게 부분적으로만 형성된 눈이 어떻게 유리할 수 있는지, 그리고 자연 선택을 통해 각 발달 단계가 어떻게 보존될 수 있는지를 설명하는 것이 과제였다.
- <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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다윈은 현생 생물의 눈의 복잡성 수준이 다양하다는 점에 주목했다. 요즘도 단순한 빛에 민감한 세포부터 척추동물의 복잡한 카메라 같은 눈까지 자연계에는 다양한 수준의 눈이 존재한다. 이러한 다양성은 서로 다른 수준의 시력을 제공하는 수많은 중간 형태가 존재할 수 있는 진화 경로를 보여주는 것이다. 또한 다윈은 빛에 대한 감도나 움직임을 감지하는 능력이 조금만 향상되어도 생존에 상당한 이점을 제공할 수 있다고 주장했다. 따라서 눈의 진화에 있어 각 중간 단계는 유익할 수 있으며 자연 선택의 대상이 될 수 있는 것이다. - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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최초의 눈이 복잡한 진화를 향해 걷는 시간을 추정하기 위한 실험이 있다. 스웨덴 생물학자 단 닐손과 수산네 펠거는 컴퓨터 모의실험을 했다. 두 사람은 명암, 방향, 모양, 빛깔 따위를 느낄 수 있는 ‘카메라눈’에 세가지 주요 조직이 있다는 데서 착안해, 아주 단순한 형태의 세 가지 조직이 고도로 복잡한 카메라눈으로 진화하는 과정을 모의실험했다. 실험 결과, 눈이라고 볼 수 없는 납작한 세 가지 조직이 36만 4000세대 만에 완전한 수정체를 갖춘 카메라눈으로 진화했다는 사실을 알 수 있다. 하나의 세대가 대개 1년 미만인 작은 해양 동물을 기준으로 보면, 진화에 걸린 시간은 50만 년이 채 되지 않은 셈이다. - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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철갑상어는 상어가 아니다!? 상어는 ‘동물계-척삭동...

철갑상어는 상어가 아니다!?


상어는 ‘동물계-척삭동물문-연골어강-판새아강’으로 분류되고 은상어는 ‘동물계-척삭동물문-연골어강-전두아강’에 속한다. 그러니까 같은 연골어류이기는 하지만 다른 동물인 것이다. 캐비아로 널리 알려진 철갑상어는 더더욱 상어가 아니다. 철갑상어는 ‘동물계-척삭동물문-조기어강-연질어아강’에 속한다. 조기어강이란 연골어류가 아니라 경골어류라는 뜻이다. 상어와는 정말 아무런 관계도 없다고 봐야 한다. - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의서재
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석탄기의 산소와 이산화탄소의 운명 왜 지구가 추워지...

석탄기의 산소와 이산화탄소의 운명


왜 지구가 추워지는데? 이것도 숲이 한 짓이다. 양치류 숲 활동으로 대기 중 산소 농도가 높아지는 동안 이산화탄소 농도가 줄어든 것이다. 이산화탄소 농도가 줄어드니 추워질 수밖에! “그게 광합성이야!”라고 하면 안 된다. 생태계는 순환을 통해 유지되는 것이다. 광합성을 통해 제거된 이산화탄소는 다른 방식으로 다시 돌려져야 한다. 하지만 석탄기의 늪과 숲은 그걸 하지 않았다. 아니, 하지 못했다. - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의 서재
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석탄기의 울창한 나무들도 결국에는 죽는다. 죽으면 썩고 이 과정에서 이산화탄소가 다시 대기로 돌아간다. 이런 과정을 제대로 거친다면 지구 대기는 안정화될 것이었다. 하지만 이런 일은 일어나지 않았다.

석탄기의 나무들은 죽은 뒤 늪에 빠졌다. 늪 바닥은 산소가 없는 환경이다. 산소를 좋아하는 호기성 미생물이 활동할 수 없는 곳이다. 부패를 위해서는 산소 없는 환경을 선호하는 혐기성 미생물이라도 필요했지만 아직 나무를 분해하는 미생물들이 활발하지 못한 때였다. 이제 막 나무가 생겼으니 그런 미생물이 많지 않은 것은 당연했다.

늪지대에는 주기적인 홍수와 침하를 겪으면서 강과 다른 수역에서 쓸려 온 죽은 나무들이 쌓이기 시작했다. 홍수가 발생할 때마다 모래와 진흙이 추가되었다. 압력과 열을 받았다. 죽은 나무는 썩지 못하고 물리적, 화학적 반응을 했다. 이 과정에서 나무에서 수소와 산소 성분이 빠져나가고 탄소 성분만 남았다. 나무가 석탄이 된 것이다 - <찬란한 멸종>, 이정모 - 밀리의 서재
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