생명의 기원(The origin of life)

지구 생명체의 기원 이론은 다양하며, 아직도 연구가 진행되고 있다. 하지만 현재까지 발견된 증거와 연구 결과를 종합하여 지구 생명체의 기원에 대한 일반적인 이론을 살펴보자.

 

선캄브리아기 스트로마톨라이트(출처 : NPS, national park service)

가장 오래된 생명체의 흔적

지구에서 가장 오래된 생명체 기원 화석인 스트로마톨라이트(stromatolite)는 35억여 년 전 시아노박테리아가 만들어낸 일정 페턴 모양의 퇴적물로 추정되고 있다. 시아노박테리아는 지구 최초로 광합성을 시작한 생물로, 이산화탄소를 흡수하고 산소를 배출하는 광합성을 통해 초기 지구 대기에 산소함량을 높여 생물 친화적 안정성을 높였고 생태계에 큰 변화를 일으켰다. 산소가 증가하면서 산소를 필요로 하는 다양한 생명체들이 진화하고 번성할 수 있게 되었다. 따라서 시아노박테리아는 지구최초의 생명체는 아니라고 생각하는 과학자도 많지만 지구의 생명 역사에 매우 중요한 역할을 한 생명체라고 할 수 있다. 시아노박테리아는 광합성을 하면서 산소를 내뿜었고 이 과정에서 그 흔적이 스트로마톨라이트로 퇴적되었다. 시아노박테이라가 지구 최초의 생물 인지는 알 수 없지만 인류가 발견한 가장 오래된 스트로마톨라이트 화석을 통해 지구에 출현한 최초의 광합성 생물로 알려져 있다.

 

루카(LUCA, Last Universal Common Ancestor)

최초의 생명체의 출현은 여전히 정확히 알려지지 않고 있다. 루카(LUCA, Last Universal Common Ancestor)란 현재 지구에 살아있는 모든 생물들의 최초의 공통 조상을 일컫는 말로. 35억 년에서 38억 년 전에 출현했을 것으로 추정하고 있으며, 루카는 찰스 다윈이 처음 제시한 개념으로, 모든 생물들은 루카로부터 진화한 것이라고 볼 수 있다. 루카의 정확한 모습과 특성은 아직 밝혀지지 않았으나, 분자생물학과 계통학의 연구를 통해 점차 근접해가고 있다. 원시의 바다에서 고세균(古細菌) 형태의 생명체가 최초의 지구생명의 기원, “루카”일 것이라고 추정하고 있는 과학자도 있다. 이러한 생명체들이 지구에서 탄생한 것이 아니라 우주에서 지구로 이동한 미생물이 지구상에 생명체의 기원 일 수도 있다는 외계 유래 이론도 있으나, 이에 대한 증거는 아직 모호한 상태이며, 지구에서 직접적으로 생명체가 탄생한 이론이 여전히 가장 널리 받아들여지고 있다.

 

원시수프가설(primordial soup hypothesis)

원시수프가설은 생명의 기원에 관한 가장 오래된 가설 중 하나이다. 이 가설은 1920년대에 영국의 유전학자 존 B.S. 홀데인(John Burdon Sanderson Haldane)과, 러시아 과학자 알렉산드르 이바노비치 오파린(Алекса́ндр Ива́нович Опарин)이 각각 제안했으며, 초기 지구의 바다에서 메탄, 암모니아, 물 등의 무기물이 자외선이나 번개 등의 에너지원에 의해 최초의 유기화합물로 변화했다고 주장했다. 이렇게 생성된 유기물들이 바다에 축적되어 원시수프라는 형태를 이루었고, 그 안에서 복잡한 분자들이 합성되어 최초의 생명체가 탄생했다는 것이 이 가설의 핵심입니다. 이 가설을 뒷받침하는 실험으로는 1952년에 스탠리 밀러와 해럴드 유리가 수행한 밀러-유리 실험이 유명하다. 이 실험에서는 원시대기를 모방한 유리 용기 안에서 전기 방전을 일으켜 아미노산과 같은 유기물을 합성하는 것에 성공했다. 원시수프 가설은 현재까지도 생명의 기원에 대한 하나의 가능성으로 인정되고 있지만, 많은 비판과 문제점도 제기되고 있다. 원시수프에서 유기물이 어떻게 보호되고 농축되었는지, 어떻게 복잡한 분자들이 합성되었는지, 어떻게 세포막이나 유전자가 형성되었는지 등에 대한 설명이 부족하다는 점이다.

 

심해열수구 가설(deep-sea hydrothermal vent hypothesis)

심해열수구 가설은 지구의 초기 생명이 심해열수구에서 형성되었다는 가설이다. 이 가설은 1977년에 해저열수구를 발견한 이후로 제기되었으며, 현재까지 많은 연구와 실험에 의해 뒷받침되고 있다. 심해열수구는 해저의 화산 활동으로 인해 뜨거운 물과 미네랄이 분출되는 곳이다. 이 가설은 열수구 주변의 화학적 조건과 촉매작용을 통해 유기물이 합성되고 복잡한 구조를 형성할 수 있었다고 설명한다. 또한, 초호열성 고미생물과 같은 극한 환경에서 살아가는 생물들이 심해열수구 가설의 가능성을 보여준다고 한다. 심해열수구 가설은 다른 생명의 기원 가설과 비교하여 장단점이 있다. 장점은 심해열수구가 지구의 초기에도 존재했으며, 우주에서도 비슷한 환경이 발견될 수 있다는 것과 초호열성 고미생물과 같은 극한 환경에서 살아가는 생물들이 심해 열수구 가설의 가능성을 보여준다는 것이다. 단점은 심해열수구에서 생명이 어떻게 형성되었는지 구체적인 메커니즘이 아직 밝혀지지 않았다는 것이다.

 

이외에도 생명의 기원에 대한 가설은 다양하다. 이 중에서 가장 설득력 있는 것이 무엇인지에 대해서는 과학자들 사이에도 의견이 분분하지만 가장 유력하게 받아들여지는 가설은 심해 열수구 가설이다. 하지만 어느 가설도 모두 실험적으로 입증되지 않았으며, 여러 문제점들이 제기되고 있다. 따라서 현재까지도 생명의 기원은 정확하게 밝혀지지 않은 미스터리이며 인류가 밝혀내야 하는 커다란 난제이기도 하다.