초기 생명최초의 생물은 어떻게 생겼을까

지구의 모든 생명은 37억 년 전에 살았던 마지막 공통 조상 LUCA 하나에서 나왔습니다. 생명의 나무는 이후 처음으로 세균과 고세균으로 갈라졌습니다. 30억 년 전 시아노박테리아가 산소를 내놓기 시작했습니다. 24억 년 전 대기에 산소가 생겨 많은 혐기성 생물이 사라졌습니다. 20억 년 전 한 세포가 다른 세포를 소화하지 않고 삼켰고, 미토콘드리아는 여기서 나왔습니다.

이 시대의 시간 범위는 "38억 년 전~7억 년 전"이며, 사건은 가장 오래된 공통 조상에서 전 지구적 빙하기까지 이어집니다.

아홉 개의 사건

• 37억 년 전 · LUCA: 모든 생명의 마지막 공통 조상.
• 35억 년 전 · 세균과 고세균: 생명의 나무가 처음으로 갈라집니다.
• 35억 년 전 · 스트로마톨라이트: 미생물 매트가 화석을 남깁니다.
• 30억 년 전 · 산소 발생 광합성: 시아노박테리아가 산소를 내놓기 시작합니다.
• 24억 년 전 · 산소 대폭증 사건: 대기에 산소가 생겨 많은 혐기성 생물이 사라집니다.
• 20억 년 전 · 미토콘드리아 세포내공생: 한 세포가 다른 세포를 소화하지 않고 삼킵니다.
• 18억 년 전 · 진핵 세포: 세포에 핵이 생깁니다.
• 12억 년 전 · 유성생식: 유전자 재조합이 진화를 빠르게 합니다.
• 7억 년 전 · 눈덩이 지구: 얼음이 지구 거의 전체를 덮습니다.

공통 조상과 생명의 나무

현대 유전자를 거슬러 올라가 보면, 모든 생명의 공통 조상은 뜨겁고 산소가 적으며 수소가 풍부한 심해 열수 분출공 근처에 살았을 수 있습니다(Weiss et al., Nature Microbiology, 2016). 이 연구는 마지막 보편 공통 조상의 생리와 서식지를 다룹니다. 그린란드의 암석에는 37억 년 전의 미생물 구조가 보존되어 있을 수 있지만 이 해석은 아직 논쟁 중이므로, 인용할 때 불확실성을 함께 적어야 합니다(Nutman et al., Nature, 2016). 논문 제목은 생명이 얼마나 빨리 나타났는지를 강조합니다.

분류의 변화는 분자 비교에서 왔습니다. 리보솜 RNA를 비교해 보니 우리가 "세균"이라 부르던 것이 사실은 꽤 다른 두 종류의 생명이었고, 고세균이 별도의 가지로 갈라졌습니다(Woese and Fox, PNAS, 1977). 생명의 나무는 이후 세균, 고세균, 진핵생물의 세 역으로 다시 나뉘었습니다(Woese, Kandler and Wheelis, PNAS, 1990). 심해 퇴적물에서 발견된 로키아르카이오타에는 진핵생물에만 있다고 여겨지던 유전자가 많이 들어 있습니다(Spang et al., Nature, 2015).

산소와 진핵 세포

대기 중 산소는 한꺼번에 나타나지 않았습니다. 후퇴를 겪으며 오랜 기간에 걸쳐 늘었으므로, "산소 대폭증 사건"을 하룻밤 사이의 변화로 읽어서는 안 됩니다(Lyons, Reinhard and Planavsky, Nature, 2014). 미토콘드리아와 엽록체는 한때 독립된 세균이었다가 삼켜져 세포의 일부가 되었습니다. 이 이론은 당시 십여 곳의 학술지에서 거절당했습니다(린 마굴리스, Sagan이라는 이름으로 발표, Journal of Theoretical Biology, 1967).

유성생식과 눈덩이 지구

고대 홍조류 화석은 유성생식과 다세포 생물의 역사가 적어도 10억 년이라는 것을 보여 줍니다(Butterfield, Paleobiology, 2000). 나미비아의 지층은 약 7억 년 전 지구가 거의 전부 얼음으로 덮였을 수 있음을 보여 줍니다(Hoffman et al., Science, 1998).

유전 물질: DNA 이중 나선

한 쪽짜리 논문이 유전 물질 DNA가 이중 나선이며, 염기쌍 결합이 유전 정보가 어떻게 복제되는지를 시사한다고 제안했습니다(Watson and Crick, Nature, 1953).

원문이 궁금하다면? 아래 제목으로 검색하세요

• Weiss et al. (2016): The physiology and habitat of the last universal common ancestor
• Nutman et al. (2016): Rapid emergence of life shown by discovery of 3,700-million-year-old microbial structures
• Woese and Fox (1977): Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms
• Woese et al. (1990): Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya
• Spang et al. (2015): Complex archaea that bridge the gap between prokaryotes and eukaryotes
• Lyons et al. (2014): The rise of oxygen in Earth's early ocean and atmosphere
• Sagan (1967): On the origin of mitosing cells
• Butterfield (2000): Bangiomorpha pubescens n. gen., n. sp., 유성생식, 다세포성, 진핵생물 적응방산에 관한 논문
• Hoffman et al. (1998): A Neoproterozoic snowball Earth
• Watson and Crick (1953): Molecular structure of nucleic acids: A structure for deoxyribose nucleic acid

게임에서는 어떻게 보여 줄까

게임에서 초기 생명 시대의 자원은 세포이고, 생성기는 원핵생물 분열, 화학합성, 시아노박테리아 광합성, 수평 유전자 전달입니다. 가장 단순한 세포 분열에서 화학 에너지로 사는 것, 빛으로 산소를 만드는 것, 마지막으로 서로 다른 생물 사이를 오가는 유전자까지 이어집니다.