▒   yong27의 생각들   ▒

이름: Yong (yong27@nownuri.net) 2000/10/25(수) 02:12 (MSIE5.01,WindowsNT5.0) 210.107.204.105 800x600

진화이야기 (1).. - '생명의 그물' 중에서  생명의 그물 책에서... 가장 관심있게 읽은 부분이 진화에 관한 내용이다. 카우프만이라는 사람의 이론을 썼다고 하던데... 그 아저씨는 미생물을 중요하게 보고 있다. 생명진화의 가장 큰 기여는 미생물에 있으며, 지구의 역사와 함께 오랜시간동안 유지되어 왔고 지금 역시 우리와 함게 공존하고 있다. 수적으로 따져보자면 미생물들의 시대에 잠깐 고등동식물들이 등장한 정도... 진화의 메카니즘을 세가지로 함축하고 있다. 먼저, 전통적이론인 돌연변이와 자연선택... 도킨스아저씨는 그것만으로도 충분하다고 했었는데... 그거 이외에도 재조합... 미생물들이 가지는 유전자교환기능... 그리고, 공생... 책에서 계속 강조하는 연결망, 상호관계... 그것에 의해 진화가 촉발되었을 것이다는 거쥐.. 내가 말로 쓰는 것보다 원문을 인용하는것이 나을듯 싶어서... 원문을 인용함.. 일단은... 산소호흡 미생물이 등장하기 전까지의 시나리오~~~ --------------------------------------------------------------------- 우리는 지구상에서 이루어진 생물의 진화과정을 크게 세 시기로 구분할 수 있다. 이 시기는 10억 년에서 20억 년 사이의 기간 동안 지속되었고, 각각의 시기는 진화의 여러가지 두드러진 단계들을 포함하고 있다. 첫번째 시기는 전생물적 시기이다. 이 시기에 이미 생명이 창발될 수 있는 조건이 형성되었다. 이 기간은 지구의 탄생에서 약 35억년 전에 생명의 시작인 최초의 세포가 창조된 시기까지 약 10억 년 동안 지속되었다. 꼬박 20억 년 동안 계속된 두 번째 단계는 미생물들의 시대였다. 이 기간에 박테리아를 비롯한 그 밖의 미생물들이 생명의 모든 기본적인 과정을 창안했고 가이아 시스템의 자기 조절을 위한 전체적인 피드백 루프를 수립했다. 오늘날 우리가 보고 있는 지구의 표면과 대기는 약 15억 년 전에 거의 완성되었다. 그리고 현재와 마찬가지로 미생물들은 공기, 물, 흙 속에서 속속들이 퍼져 나갔다. 이제 생명의 세 번째 단계인 대우주의 시기가 시작될 무대가 마련된것이다. 이 시기에 우리 자신을 포함해서 눈에 보이는 생물형태들이 진화하게 되었다. 생명의 기원 지구가 탄생한 이후 처음 10억 년 동안, 생명이 창발될 조건들이 점차 자리를 잡게 되었다. 원시화구는 대기와 생명의 기본요소가 형성될 수 있는 기본적인 화학물질을 포함할 정도로 충분히 컸다. 지구와 태양 사이의 거리는 적당했다. - 지구가 서서히 냉각되면서 응결하는 과정이 시작될 수 있을 만큼 거리가 떨어져 있었고, 지구를 덮고 있던 기체들이 영구적으로 얼어붙지 못할 만큼 가까웠다. 점차 냉각이 이루어진 5억 년의 기간이 지난 후, 대기를 가득 채우고 있던 증기가 마침내 응결했다. 그로부터 수천 년 동안 격렬한 폭우가 쏟아졌다. 그리고 물이 모여 얕은 바다를 형성했다. 이 오랜 냉각기간 동안, 생명의 화학적 척추 역할을 한 탄소, 산소, 질소, 황 그리고 인 등이 다양한 화합물을 생성했다. 이 여섯가지 원소가 오늘날 모든 생물들 속에서 주요한 화학성분을 이루고 있다. 오랜 기간 동안 과학자들은 지구가 냉각되고 해양이 형성될 때 형성된 '화학적 수프' 속에서 생명이 창발되었을 가능성을 둘러싸고 논쟁을 벌여왔다. 갑작스럽게 생명탄생의 방아쇠를 당긴 사건들에 대해 여러가지 가설이 서로 경쟁을 벌였다. - 극적인 번개의 섬광에서 심지어는 운석에 포함되어 있던 거대분자가 지구에 살포되었기 때문이라는 가설에 이르기까지. 다른 과학자들은 이러한 사건이 발생했을 가능성이 거의 없다고 주장했다. 그러나 자기조직 시스템에 대한 최근의 연구는 어떤 식의 갑작스러운 사건을 상정할 필요가 없음을 강력하게 시사하고 있다. 마굴리스가 지적하듯이, '화학물질은 무작위적으로 결합한 것이 아니라 질서있는, 즉 패턴을 가진 방식으로 결합했다' 원시지구의 환경은 복잡한 분자의 형성을 선호했고, 그런 분자들 중 일부는 여러가지 다양한 화학반응의 촉매가 되었다. 점차 서로 다른 촉매반응들이 맞물리면서 자기조직과 자기복제의 강한 경향성으로 닫힌 루프들 - 최초의 사이클, 그런 다음에는 '초사이클' - 형성했다. 일단 이 단계에 도달하자, 전생물적 진화 방향이 수립되었다. 촉매 사이클들은 소산구조로 진화했고, 연속적인 불안정성의 지점분기점들을 거치면서 지속적으로 다양성과 풍부함을 증가시키는 화학적 시스템을 생성했다. 마침내 이러한 소산구조들은 막을 - 처음에는 최근 실험실에서 인위적으로 생산된 교질입자와마찬가지로 단백질 없이, 마침내는 지방산으로 이루어진 - 형성하기 시작했다. 마굴리스는 여러가지 유형의 막으로 둘러싸인 복제 화학 시스템이 발생하고, 어느 정도 기간동안 진화하고, 그런 다음 최초의 세포가 탄생하기 이전에 사라졌을지도 모른다고 추측했다. 그녀는 이렇게 말했다. "우리의 궁극적인 선조인 이중나선 구조가 형성되고 높은 충실도로 복제되기 이전까지 숨낳은 소산구조들, 서로 다른 화학 반응들의 길다란 연쇄 등이 진화하고 반응하고 깨지는 과정이 되풀이되었을 것이 분명하다. 약 35억년 전에 해당하는 그 시기에 최초의 자동제작적 박테리아 세포들이 탄생했고, 생물의 진화가 시작되었다. 박테리아의 그물이 짜여지다. 최초의 세포들은 극히 불확실한 존재였다. 그 세포들을 둘러싼 환경은 끊임없이 변화했고, 이들이 생존하기 위한 길에는 온갖 모험이 새로운 위협으로 도사리고 있었다. 이러한 갖가지 불리한 힘들에 - 뜨거운 햇빛, 운석의 충돌, 화산의 분출, 가뭄, 홍수 - 직면한 박테리아는 자신의 모습을 유지하고 계속 살아가기 위해서 에너지, 물 그리고 먹이를 포획해야 했다. 매번의 위기는 지구상에 형성된 최초의 생물들의 작은 구역의 대부분을 쓸어갔을 것이 분명하다. 그리고 그 생물들을 모두 절멸시켰을 것이다. 그러나 두가지 중요한 특성만은 - 박테리아의 DNA가 충실하게 스스로를 복제하는 능력 그리고 그 과정을 놀랄 만큼 빠른 속도로 진행시키는 능력 - 사라지지 않았을 것이다. 그 엄청난 숫자 덕분에, 박테리아는 모든 위협에 대해서 끊임없이 창조적으로 대응하면서 엄청나게 다양한 적응전략을 개발할 수 있었다. 따라서 그들은 점차, 처음에는 물 속에서 그리고 퇴적물과 토양 위에서 확장되어 나갔다. 가장 중요한 과제는 주위 환경으로부터 먹이와 에너지를 추출하기 위해서 다양한 새로운 신진대사의 경로를 개발하는 일이었을 것이다 박테리아의 최초의 발명품 중 하느는 발효였다. 발효란 당을 분해해서 모든 세포과정에 연료를 공급하는 '에너지 운반자'인 ATP 분자로 전환시키는 과정을 말한다. 이러한 혁신으로 발효기능을 갖는 박테리아는 지상, 진흙과 물 속에 들어 있는 화학물질을 먹이로 삼아 살아갈 수 있었고, 가혹한 태양빛으로부터 스스로를 보호할 수 있었다. 발효기능을 가진 박테리아 중 일부는 대기 중에서 질소가스를 흡수해서 그것을 여러 가지 유기화합물로 변화시키는 능력을 개발했다. 질소를 고정시키게 되자 - 다시 말하자면, 질소를 공기중에서 직접 포획하게 되자 - 많은 양의 에너지를 얻을 수 있었다. 이것은 심지어는 오늘날까지도 극소수의 특수한 박테리아들만이 할 수 있는 뛰어난 묘기이다. 질소가 모든 세포 속에 들어 있는 단백질의 구성성분이 된 이래, 오늘날 모든 생물들은 그 생존을 위해 질소고정 박테리아에게 의존하고 있다. 박테리아의 시대 초기에 광합성이 - '의심할 여지 없이 지구상의 생명의 역사에서 이루어진 단일한 신진대사의 혁신 중에서도 가장 중요한 사건' - 생명에너지의 가장 중요한 근원이 되었다. 박테리아에 의해 창안된 최초의 광합성 과정은 오늘ㄴ라 식물들에 의해 사용되고 있는 광합성과는 다른 것이었다. 초기의 박테리아는 수소를 얻는 원천으로 물 대신 화산에서 분출되어 나오는 유화수소를 사용했다. 박테리아는 이렇게 얻은 수소를 햇빛, 공기 중에서 얻은 이산화탄소와 결합해서 유기화합물을 형성했고 그 과정에서 산소는 결코 생산되지 않았다. 이러한 적응전략은 박테리아를 생존하고 진화할 수 있게 해주었을 뿐 아니라 나아가 그 환경을 변화시켰다. 실제로 거의 박테리아가 탄생한 시점부터, 박테리아는 최초의 피드백 루프를 수립했으며, 그 루프는 결국 생물과 환경이 밀접하게 결합된 스스템을 낳았다. 원시 지구의 화학과 기후가 생물에게 도움이 되었음에도 불구하고 만약 박테리아의 조절작용이 없었다면 이 유리한 상태가 무기한 계속되지 못했을 것이다. 철을 비롯한 그 밖의 원소들이 물과 반응을 일으킬 때, 수소가스가 방출되어 대기 속으로 상승한다. 대기 중에서 수소는 수소원자로 분해된다. 이 원자들은 너무 가벼워서 중력의 영향을 받지 않기 때문에, 만약 이러한 과정이 아무런 방해도 받지 않고 계속되었다면 모든 수소는 지구에서 사라져씅ㄹ 것이다. 그리고 10억 년이 지난 후에는 지구의 햐양은 한 방울도 남지 않고 사라졌을 것이다. 그런데 다행스럽게도 이 과정에 생물이 개입했다. 광합성의 후기단계에서 유리산소들이, 오늘날과 마찬가지로, 대기중으로 방출되었고, 그 중 일부가 상승하는 수소가스와 결합해서 물을 형성하게 된 것이다. 따라서 이 행성은 계속 축축한 상태를 유지할 수 있었고, 바다가 증발하지 않을 수 있었다. 그러나 광합성 과정에서 공기 중에서 이산화탄소가 계속 제거되자 또다른 문제가 발생했다. 박테리아의 시대 초기에 태양은 오늘날에 비해 25%정도 덜 빛났기 때문에, 지구의 온도를 생물들이 살아가기에 적당한 온도범위로 유지시키기 위해서는 대기 중에 온실효과를 일으키는 기체인 이산화탄소가 절대적으로 필요했다. 이산화탄소가 어떤 식으로든 보충되지 않고 계속 제거되었다면, 지구는 얼어 붙게 되었을 것이고 최초츼 박테리아 생물은 멸종하고 말았을 것이다. 그러나 다행스럽게도 이러한 비참한 경로는 발효 박테리아에 의해 차단되었다. 이 박테리아는 광합성의 출발 이전에 이미 진화했을지도 모른다. 당에서 ATP를 생산하는 과정에서 발효 박테리아들은 노폐물로 메탄과 이산화탄소도 생산했다. 이 가스들은 대기 중으로 방출되었고, 거기에서 행성의 온실을 복원시켜 주었다. 이런 방식으로 발효와 광합성은 초기 가이아 시스템의 두가지 상호균형 과정이 되었다. 지구의 원시대기를 뚫고 들어오는 태양빛에는 여전히 작열하는 자외선 복사가 들어 있었다. 이제 박테리아들은 이러한 태양빛에 노출되는 것을 막아 주는 보호가 필요하다는 요구와 광합성을 위해 태양에너지를 사용해야 한다는 필요 사이에서 균형을 유지해야 했다. 여기에서 여러가지 감각기관과 운동기관이 진화하게 되었다. 일부 박테리아 종들은 태양빛에 대한 필터 구실을 해주는 특정 소금이 풍부한 물 속으로 이주했다. 다른 종들은 모래 속에서 안식처를 발견했다. 그리고 많은 종들은 거대한 군집을 구축했다. 이 군집은 다층으로 이루어져 있었고, 가장 위쪽에 있는 층은 햇빛에 그을려 죽었지만 아래쪽에 위치한 층들은 죽은 박테리아의 사체를 차폐물로 삼아 보호받을 수 있었다. 박테리아는 자신의 몸을 보호할 수 있는 필터링 뿐 아니라 복사를 통해 손상입은 DNA를 수선하는 메커니즘도 개발했다. 그 목적을 위해 진화한 것이 특수한 효소들이다. 오늘날 거의 모든 생물들은 이 수선효소들을 가지고 있다. 지금까지 유용하게 이용되는 미생물들의 또 다른 발명품인 셈이다. 과밀한 환경 속에서 살아가는 박테리아는 수선과정에 자신의 유전물질을 이용하는 대신 때때로 이웃 박테리아에서 DNA단편을 빌어왔다. 이 기법은 점차 항상적인 유전자 교환으로 진화하게 되었고 이것은 박테리아 진화의 가장 효율적인 경로가 되었다. 보다 고도한 생물형태에서 다른 개체들과 유전자 재조합은 번시고가 연관된다. 그러나 박테리아의 세계에서는 이 두가지 현상이 각기 독자적으로 일어난다 박테리아 세포는 무성생식으로 번식한다. 그러나 그들은 지속적으로 유전자를 교환한다. 마굴리스와 세이건의 말을 들어보자. ' 우리는 수직적으로 세대에서 세대에 걸쳐 유전자를 교환하는 반면, 박테리아는 수평적으로 같은 세대 내에서 그들의 이웃드로가 직접 유전자를 교환한다. 그 결과 유전적으로 유연한 박테리아는 기능저긍로 불멸인 반면, 진핵세포의 경우 성은 죽음과 연결되게 되었다. ' 박테리아 세포속에 들어 있는 항구적인 유전자의 숫자가 적기 때문에 - 일반적으로 핵을 가진 세포의 1% 미만에 불과하다.- 박테리아는 필연저긍로 집단을 이루어 활동한다. 다른 종들이 서로 협동하고 상호 보완적인 유전물질을 통해 서로를 돕는다. 이러한 박테리아 집단의 거대한 군집은 단일한 유기체와 독같은 일관성을 가지고 움직일 수 있다. 그리고 이들은 개별적으로는 어떤 박테리아도 할 수 없는 과제를 수행한다. 최초의 생명이 탄생한 이후 처음 10억년이 끝나갈 무렵, 지구는 온통 박테리아들로 우글거리게 되었다. 수천가지의 생물공학이 발명되었으며 - 실제로 그 대부분은 오늘날 알려져 있다. - 협동과 지속적인 유전정보의 교환을 통해 미생물들은 전 지구의 생물조건을 조절하기 시작했다. 실제로 소우주의 초기에 살던 박테리아의 대부분은 지금 이순간까지도 본질적으로는 변하지 않은 채 계속 살고 있다. 이어지는 진화의 여러 단계에서 미생물들은 동맹을 형성하고, 식물과 동물들이 공진화했다. 오늘날 우리의 환경은 박테리아와 밀접하게 뒤얽혀 있기 때문에 무생물계가 끝나고 생묽계가 시작되는 지점이 어디인지를 명확하게 구분짓기란 사실상 불가능하다. 우리는 박테리아라는 말을 들으면 질병을 연상하는 경향이 있지만, 박테리아는 우리의 생존을 위해 필수적인 존재이기도 하다. 그것은 동물과 식물의 생존에도 없어서는 안되는 역할을 수행한다. 마굴리스와 세이건은 이렇게 썼다. '표면적인 차이 아래쪽을 들추어 보면 우리는 너나없이 걸어다니는 박테리아의 굱비인 것이다. 이 세계는 희미하게 반짝이고 점묘화와도 같은 풍경은 작은 생물들에 의해 이루어져 있다. ' -------------------------------------------------------------------- 다음이야기는 산소호흡미생물의 출현부터~~

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번호	제 목		이름	첨부	작성일	조회
13	리눅스 네트워크 성공...		Yong		11/6 [17:12]	523
12	안녕하셔요?^^		갈구미		10/26 [01:59]	513
11	진화이야기 (1).. - '생명의 그물' ...		Yong		10/25 [02:12]	650
10	생명의 그물 - Fritjof Capra저		Yong		10/25 [01:55]	581
9	hey~~용군,, 대학원 가더니 철학자�...		서종철		10/12 [18:55]	540
8	Re.. 철학자라...		Yong		10/13 [20:09]	541
7	삶의 이유 (1)... - Dawkins 식 생각		Yong		9/20 [12:08]	571
6	늑대소녀 이야기..		Yong		9/13 [10:37]	688
5	이기적인 유전자... - Richard Dawkins		Yong		9/8 [14:13]	647
4	생물정보학...		Yong		9/5 [22:05]	591

 
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