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바다의 생성과 진화 (생명의 탄생)

지금으로부터 약 46억년 전에 태양계와 함께 태어난 태초의 지구는 현재의 지구와 크게 달랐다. 지구가 제 모습을 갖춘 후에도 수억 년 동안은 소행성들이 끊임없이 충돌하면서 내는 마찰열 때문에 지구 표면은 화산폭발 때에 분출되는 것과 같은 마그마로 덮여 있었다. 이러한 상황에서 최초의 생명체는 어떻게 지구상에 등장하게 되었을까? 생명의 기원을 알아보기 위한 실험의 재현도 힘들고, 처음 등장한 생명체의 화석도 남아 있지 않아 지구에 최초 생명체의 등장을 부분적인 과학적 근거를 들어 추정하고 있다.

첫째, 생명의 기원에 관한 실험으로 유명한 밀러는 실험을 통해 원시 대기에 존재하였을 것으로 예상되는 간단한 물질에서 아미노산이 생기고, DNA, RNA 등 핵산성분이 만들어지는 것을 확인하였다. 이 실험은 태초의 지구에서 수천만 년에 걸쳐 생명의 핵심 성분들이 만들어져 바다에 녹고, 바다 주변의 물이 고인 곳에서 농축되어 보다 복잡한 화합물로 바뀌는 등의 화학적 진화를 거쳐 최초의 세포로 발전했을 것이라는 가설이 가능성을 보여 준다.

둘째, 외계에서 생명체가 또는 생명체를 만드는 데 필수적인 유기화합물이 운석이나 소행성과 함께 지구로 유입되었다는 가설이다. 성간 구름에서 100여 종류의 유기화합물이 발견되었다면, 외계에서 아미노산 같은 생명의 핵심물질이 만들어졌을 가능성이 있다고 생각할 수 있다. 그러나 운석이나 소행성이 지구의 대기권으로 들어올 때 높은 온도로 가열되기 때문에 생명의 화합물들이 고온에서 파괴되지 않고 지구 표면에 도달할 수 있는가 하는 의문이 생긴다. 그러나 극한 상황에서도 다양한 종류의 생물이 존재한다는 것이 알려져 있다.

셋째, 최근에 과학자들이 주목하고 있는 생명의 기원에 관한 가설은 바닷속 1km 이상 깊이의 해저 주위에서 발견되는 열수구에서 생명체가 태어났다는 것이다. 400℃정도로 온도가 매우 높고 압력과 산성도까지 높은데다가 햇빛까지 도달하지 않는 환경인 열수구에서 관벌레, 게, 조개, 새우 등 생명체가 살고 있는 것이다. 따라서 지구 최초의 생명체가 해저에서 황화수소와 같은 화합물의 화학에너지를 사용해서 태어난 것이 아닌가 하는 가설을 생각해 볼 수 있다.

[질주-신지현 作(제3회 대한민국해양사진대전 학생부)]

생명의 기원과 관련된 여러 가설과 별개로 생명의 기원에 관한 또 하나의 의문은 단백질과 DNA 중에서 어느 것이 먼저 생겼는가 하는 것이다. 단백질의 아미노산 서열이 DNA의 염기 서열에 의해 결정된다면 DNA가 먼저 만들어져야 한다. 그러나 대물림을 위하여 DNA의 유전 정보를 복제하는 데는 단백질의 도움이 필요하다. 즉 닭이 먼저냐, 달걀이 먼저냐 식의 문제인 것이다.

그런데 1980년대에 핵산의 일종인 RNA가 염기 서열의 정보를 가지면서 단백질과 같이 효소작용을 할 수 있는 것이 알려졌다. 지금은 초기 생명체가 RNA로 출발하였고, DNA와 단백질로 기능이 분화되었다고 하는 가설이 널리 받아들여진다. 아미노산으로부터 단백질이 만들어지고, 당, 염기, 인산으로부터 RNA와 DNA가 만들어졌다고 해도 이들 물질이 모여 일종의 자기 조직화를 거쳐 세포를 만들기 전에는 생명체라고 볼 수 없다. 따라서 화학적 진화의 마지막 단계어서 여러 가지 고분자 물질들이 모여 대사와 유전의 기능을 갖춘 세포가 탄생한 것으로 생각된다.

※ 본 원고는 한국해양재단이 추진한 "해양교육교재 개발" 및 "해양교육 교과관련 콘텐츠 개발" 사업의 성과물을 기초로 작성되었습니다.