생명 그영원한 신비 1편

The Seleucid 2011. 12. 14. 14:32

1997년 NHK에서 제작했던 다큐멘터리. 한국에는 1998년에 방영됨.

<생명 그 영원한 신비>는 고생물학과 고고학, 지질학, 진화론등을 다루고 있습니다.

※ 참고 : 지질연대표

지질연대	지 질 시 대		출 현	번 성	식 물
5억7천만년전 2억3천만년전 6천5백만년전	선캄브리아대	시생대
	선캄브리아대	원생대
	고생대	캄브리아기	삼엽충
		오르도비스기	어류
		실루리아기			육상식물출현
		데본기	양서류	어류
		석탄기	파충류		양치식물
		폐름기		양서류	양치식물
	중생대	드라이아스기	포유류	파충류	겉씨식물
		쥐라기	조류
		백악기
	신생대	제3기		포유류	속씨식물
	신생대	제4기		포유류	속씨식물

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1편 생명의 탄생

<목차>

1. 들어가기
2. DNA의 출현배경과 생명체 탄생의 가능성
   1) 매우 뜨거운 황산속에 사는 박테리아
   2) 원시지구는 극한의 환경
   3) 생명체 구성에 필요한 원소는 어디서 구했는가?
   4) 자이언트 임팩트(Gaint Impact)와 달의 탄생
   5) 화학반응이 일어나기 쉬운 열탕 + 생명체 구성요소의 외부유입 + 달의 인력
3. 생명탄생 - 기포막 유도설

4. 최초 생명체의 활동, 첫번째 진화

1) 생명체의 생존환경 조건
2) 생명체의 활동 - 생명유지와 복제, 최초의 진화.

5. 지구 환경의 변화와 광합성, 그리고 산소

   1) 지구 대기의 변화와 태양복사
   2) 시아노박테리아와 광합성
   3) 시아노박테리아의 번성과 과도한 광합성의 결과

6. 원시 박테리아의 생존전략

   1) 원시 박테리아의 산소 대응 전략
   2) 원시 박테리아의 산소 이용 전략
   3) 호전적인(공격적인) 박테리아의 탄생

7. 세포의 탄생

1) 태고의 바다속 박테리아들의 세력

2) 박테리아의 공생관계 성립

3) 세포의 구성과 체계
4) 세포내 공생관계의 이점

8. 여운

1. 들어가기

3천만종 동식물이 살고 있고 그들이 가지고 있는 공통분모는 세포입니다.
세포 크기 1mm이하도 체 안되는 가 반면 그 속에서는 엄청난 활동들이 끊임없이 계속되고 있죠.
생명의 행위 집약이라고도 볼 수 있는 이 세포는 원시바다 최초 생명체로 나타나 그 자손을 퍼뜨리고

도전과 진화를 거듭하여 지금 우리 인간안에도 수없이 존재하고 있습니다.
세포는 초기 원시지구와 함께 40억년전 생성되었고 세포 그 자체만으로도 생명체의 역사가 담겨있다고 합니다.

이제 그 세포에 대해서 하나하나 알아가도록 하죠 !

2. DNA의 출현배경과 생명체 탄생의 가능성

40~37억년전 생명이 탄생되었다고 화석등을 통해

많은 과학자들은 추정하고 있습니다.
이런 긴 생명체의 역사를 볼때 우리 인간의 등장은

그간 지구자체의 역사를 1년으로 보았을 때

현재는 12월 31일 오후 11시 55분때 등장한 것이라고 합니다.

우리 인간뿐 아니라 모든 생명의 모태가 되는 생명의 근원을 추적해봅시다!

1) 매우 뜨거운 황산속에 사는 박테리아

<태고의 땅 화이트섬(뉴질랜드 북부 화산지대)> 둘레 2~3Km가 되는 작은 섬이지만 현재 화산활동이 매우 활발한 섬입니다.
지금은 황화수소 탄산가스 배출중이고 그곳에서 최초의 생명체에 대한 단서를 찾으려 갑니다.

왜냐하면 원시지구의 상황도 화이트섬처럼 화산폭발 활동등 매우 뜨거운 조건이었으니까요.

지구상에서 생명체 처음 등장한 시기에는 황과 황화수소가 가득했습니다.

100도가 넘는 바위표면에 붙은 황속에서 생명이 탄생할 수 있었을까 의심이 나기도 합니다.

화이트섬에서 발견되길 섭시 90도 뜨거운 액체 속에 생명이 존재했다는 것을 알았습니다.

이로인해 이 속에서도 그 자체적으로 서식하는 박테리아가 서식함을 유추하여 원시지구 당시의 환경에서도 생명탄생의 가능성을 확인했습니다.
과학자들은 이 작은 막대기 모양의 박테리아 서식환경과 비추어 볼 때 그것은 지구상 최초 생명체와 가장 유사하다고 추정합니다.

2) 원시지구는 극한의 환경
46억년전 지구의 표면은 액체마그마로 넘쳐났습니다.

10억년 뒤 36억년전 지구가 식기 시작했고 하늘에 올라간 증기 응결후 장기간 비를 내렸습니다.
계속된 홍수 끝에 원시바다가 태어났고 대기는 이산화탄소로 가득찬 두꺼운 구름으로 인해 햇빛은 강하게 차단되었으며 더운 열기를 유지한 체 바다의 온도는 섭씨 150도의 열탕,

하늘은 오렌지색으로 빛났다고 합니다.

3) 생명체 구성에 필요한 원소는 어디서 구했는가?

<머치슨지역(호주)>에서 운석이 떨어졌습니다.

생명의 탄생을 우주에서 유입되었다는 해답을 얻어 보려고 할 때 그 운석에 단서가 있다고 추정합니다.
그 운석은 미 항공우주국 나사로 보내어 졌고 성분조사와 분석결과로 아미노산등 생명체 구성에 필요한 성분이 다량 발견되었습니다.

4) 자이언트 임팩트(Gaint Impact)와 달의 탄생
원시 지구의 태양계 상황은 아직 완전하게 균형을 이루지 못했기 때문에 지구의 바다에 생명의 요소를 담은 운석이 끊임없이 떨어지고 있었습니다.
동시에 천둥에너지와 자외선이 만들어낸 화학작용도 활발히 진행되고 있었습니다.

그러던 45억년전 어느날, 화성과 비슷한 크기의 혜성과 지구가 스쳐지나 가듯 대충돌이 일어났고 이를 <자이언트 임팩트- 대충돌사건>이라고 부르고 있습니다.

이 충돌로 인해 지구의 맨틀 한조각 일부가 떨어져 나갔고 지구 인력과 그 조각 상호인력에의해 지구 밖에서 공전하는 거대한 덩어리가 생겼습니다.

이것이 달입니다.

5) 화학반응이 일어나기 쉬운 열탕 + 생명체 구성요소의 외부유입 + 달의 인력
대충돌로 인한 달의 생성은 서로간의 인력에 의해

계속 달이 지구주위로 공전하기 시작했고 그 인력은 바다를 계속 움직이게 끔하는 밀물과 썰물을 만들었습니다.

당시 달과의 거리는 가깝고 인력의 크기가 커서

밀물썰물차이가 10m이상 되었다고 합니다.
인력의 영향 심하게 요동 바다는 화학실험 할 때

플라스크를 흔드는 행위와 비슷합니다.

운석등 생명요소에 꼭 필요한 유기물등이 꾸준히 공급되는가 반면 지각활동으로 인해 해저의 굴뚝은 열과 무기질을 지속적으로 공급해주고 있었습니다.

그런 오랜 결과로 분자들 상호간 결합했고 핵산(분자 결합정보의 일종)이 나타났습니다.

이 핵산상호간에 계속 결합하여 RNA, DNA 구조가 나타났고 이 구조는 생명이 아닌 아직 물질에 불과합니다.

3. 생명탄생 - 기포막 유도설

데이브 디머 박사(캘리포니아 대학)가 주장하는 이론입니다.
DNA는 서열있는 분자구조의 집합체로 구성된 핵산의 가닥일뿐이었습니다.
달이 DNA 생성 도움을 주었지만 그 뿐만이 아니라고 보고 있습니다.
인력에 의해나 조수간만의 차는 해변 웅덩이 만들고 웅덩이가 마르면서 농축과정이 일어나 DNA의 밀도를 더 높여주는 역할을 했습니다.

원시바다의 파도는 바위에 부딪히며 기포(공기방울)를 만들어 내었고 당시 원시바다의 기포는 바위에 붙어 끈적끈적하니 잘 사라지지 않았다고 합니다.
기포의 얇은 막안에 생명의 요소를 쌓고 농축되기 시작하였고 기포의 막을 중심으로 주의 물질이 흡수되는 과정이 반복되었습니다.
기포의 막은 내부물질의 충돌과 반응을 유도하였고 시행착오 끝에 드디어 일정 유기체의 집합이 이루어짐과 동시에 기포막안 분자가닥이 아미노산등 주위 유기물질 흡수한 뒤 자신을 복제하고 있었습니다. 이것이 생명의 탄생입니다.

4. 최초 생명체의 활동, 첫번째 진화

1) 생명체의 생존환경 조건

<1990년 멕시코해안 주변 화산폭발>이 있었습니다.
그 해저의 환경이 연구지역으로 선정하고 수심 2600m 깊은 바다속의 용암의 흔적을 발견합니다.

지구 내부속 물질이 나오고는 해적의 굴뚝있고 그 주변에는 황화수소가 매우 많습니다.

당시 원시지구의 바다의 상태 비슷한 환경입니다.
주변 판자(유기물)를 두었더니 수심 2600m 햇볕이 들지 않은 깊고 어두운 심해라도

일주일만에 엄청난 박테리아 서식함을 보았습니다.
박테리아의 번식력은 매우 컸고 그 박테리아는 황화수소밖에 살 수 없는 듯 보입니다.

2) 생명체의 활동 - 생명유지와 복제, 최초의 진화.

최초의 생명체는 주위 유기물과, 황화수소 황 까지 흡수하면서 유기물은 자신의 복제를 위해, 황은 에너지 원을 위해 흡수한 것으로 보입니다.
기포막에 의해서 생명체가 탄생되었다는 주장을 따르자면 최초생명체의 형태 진화는 막을 기준으로 2가지 분류를 할 수 있습니다.
단단한 껍질을 가짐..................1>
부드러운 막을 가짐..................2>
이 2가지 박테리아가 원시생물의 조상입니다.

5. 지구 환경의 변화와 광합성, 그리고 산소

1) 지구 대기의 변화와 태양복사

       산소는 연소성 높고 위험한 기체입니다.
       당시 환경에 적응해 가던 생명체에게 산소는 매우 유독한 기체였습니다.
       지금의 산소는 매우 중요한 기체이죠.
       원시지구는 이산화탄소가 가득했습니다.
       산소는 원시지구의 대륙 생성 이후에 나타나기 시작했습니다.

당시 원시지구에서 이합집산의 형태의 대륙들이 충돌과정 거듭하면서 큰덩어리를 만들었고 지각활동과 대륙의 이동이 대기환경에 영향을 주게 되었습니다.
거대한 대륙의 표면이 침식당하며 원시바다에 새롭다고 볼 수 있는 칼슘(Ca) 나트륨(Na)등이 꾸준히 공급되었고 이들은 이산화탄소와 결합이 뛰에났기 때문에 대기중의 이산화탄소를 매우 많이 흡수하게 됩니다.
두꺼운 이산화탄소층이 얇아지면서 햇빛은 직접 바다에 직접 복사하게 되는 중대한 대기의 변화가 있었습니다.

2) 시아노박테리아와 광합성

필라바 지방(호주 서부)에는 가장 오랜된 대륙의 흔적있습니다.
과학자들은 이 지층과 흔적을 35억년전 얕은바다의 바닥임을 알아내었고(탄소 동위원소 연대측정등의 방법)

      그 속에서 미생물의 화석 발견되었습니다.
      현미경을 통해 1/100mm크기 밖에 안된느 미생물화석을 살펴본 결과 [시아노박테리아]라는 것을 알게되었습니다.
[시아노박테리아]는 광합성을 하여 산소를 배출하는 특징이 있고, 목걸이처럼 연결되어 있는 구조를 하고 있습니다.
[시아노박테리아]는 햇빛을 이용하여  식량의 자체생산 방법을 고안해 낸 것 입니다.

[시아노박테리아]의 내부구조를 살펴보면 줄지어 늘어선

분자들의 모임을 관찰할 수 있습니다.
이 내부구조는 햇빛을 붙잡아 놓기 위한 안테나 수집창고역할을 하였고 생명은 햇빛이라는 우주의 에너지를 이용하여 영양분을 만들고 자체적으로 에너지원으로써 활용하고 있는 것입니다.

3) 시아노박테리아의 번성과 과도한 광합성의 결과

27억년전 대륙사이 내해(대륙과 대륙사의 바다)가 생성되었습니다.

그 흔적의 바다가 <호주서부 밀스드림국립공원>지역에 있고 산기슭의 검은 흙층은 유기탄소로 가득합니다.
과학자들은 [시아노박테리아]의 유해로 결론내리고

유기탄소층의 분포와 연결성을 볼 때에 당시 지질연대상 어느 한시점의 엄청난 수의

[시아노박테리아] 번식이 있었다는 것을 알 수 있었습니다.
[시아노박테리아]는 지구바다의 전역에 퍼져있는 것으로 추정되고 있고 이탄화탄소를 흡수하여 광합성을 하고 산소를 배출한다는 것을 보았을 때 27억년전 바다 전체를 뒤덮은 산소 다량배출의 사건을 유추할 수 있습니다.

이 사건으로 인해 바다속 산소포화 상태에 이르고 지구 대기상태의 큰 변화를 가져오게 되었습니다.

<하멜린해안(호주)>에는 지금도 [시아노박테리아]가 살고 있습니다. 현재의 [시아노박테리아]를 토대로

산소배출 능력이 얼마나 뛰어난가 확인할 수 있었습니다.
태고의 바다는 [시아노박테리아]가 내놓은 산소로 가득찼고 많은 량의 붉은 녹(산화철)을 바다에 남겼습니다.

이것으로 인해 유기탄소층 주변 지층이 붉게 보이고 현재 지구상의 철침전물(지층)의 대부분을 차지하고 있습니다.

바닷속 철이 모두 산화되자 산소는 대기에 올라오게 되었습니다.

6. 원시 박테리아의 생존전략

1) 원시 박테리아의 산소 대응 전략

35억년전의 에너지 혁명인 광합성을 하는 생명체가 나타났고 그 이후로 산소가 매우 많이 배출되었습니다.

     급격한 환경변화로 원시지구의 탄생한 황화수소를 먹는 박테리아의 운명은 어떻게 될까요?
     현재도 황화수소에 사는 박테리아에게는 산소가 매우 위험한 기체입니다.
     산소에 노출되면 그 박테리아는 활동이 느려지면서 서서히 죽어가는 모습도 관찰 할 수 있었습니다.

[1. 껍질이 단단한 박테리아]는 변화된 환경에 정면대결하는 쪽으로 위기 극복을 시도했습니다.
[2. 부드러운 막의 박테리아]는 가능한한 산소를 피하려는 방어전략으로 위기 극복을 시도했습니다.

2) 원시 박테리아의 산소 이용 전략

     <델 에브로 삼각주(스페인)> 강하구에는 박테리아가 왕성히 서식하고 있습니다.
      그 뭍에서는 태고의 박테리아들과 시아노 박테리아도 서식하고 있습니다.
      산소가 대기까지 노출되고 있을때 박테리아는 어떻게 생존했을까?라는 의문이 듭니다.

      박테리아의 특성상 새로운 박테리아가 등장할 때는 한 종류의 멸종이 없고 종류가 더 늘어날 뿐이라고 합니다.
      새로운 박테리아는 시아노박테리아의 산소배출지점을 파고 들고있는 것을 볼 수 있었습니다.
      그 새로운 박테리아는 산소를 사용할 수 있는 방법을 개발한 듯 보입니다.

3) 호전적인(공격적인) 박테리아의 탄생

유기물을 산소와 함께 연소하면 더 많은 에너지 발생합니다. 산소는 연소성이 매우 뛰어난 기체이지요.
어쩌면 광합성을 최초로 했던 생물들에게 있어서 산소는 폐기물이었습니다.

      그러는 가운데 생명은 그 산소라는 폐기물을 재활용하였습니다.
      연소성이 뛰어난 산소의 에너지원으로 사용함으로써 활동성이 증가되었고 그 넘쳐나는 에너지 때문에
      호전적인(공격적인) 박테리아의 탄생하게 되었습니다.

현재 존재하는 박테리아들 가운데에서도 자신보다 몸집이 큰 유기체를 공격하고

약한 막을 찢고 들어가 속안의 유기물 섭취하는 박테리아를 볼 수 있습니다.

이로써 활동성에 따라 호전적 박테리아와 방어적인 박테리아가 나타나게 되었습니다.

7. 세포의 탄생

1) 태고의 바다속 박테리아들의 세력

       [2-1. 부드러운 막의 박테리아 (호전적 성격)]의 전략은 주의의 박테리아와 결합하여 몸집을 크게한 다음
       자신들의 유전자 정보인 DNA를 따로 모아 또 다른 막으로 보호하게 되었습니다.
       우리는 이 DNA의 정보 집합체를 세포핵의 근원이라 보고 있으며 그 역할은 비슷합니다.
       생명체의 데이타 bank를 만들었고 성격이 같은 박테리아 끼리 연합이 되기 위해서는 유동적이며 부드러워야 했습니다.

[1-1. 껍질이 단단한 박테리아 (호전적 성격)]의 전략은 산소를 이용하여 많은 에너지를 내고
효율적 에너지 생산에 주력했습니다. 폐기물로 여겨지던 산소 재활용에 관심을 두었습니다.

우리는 이렇게 매우 활동적인 박테리아를 세포의 구성부분의 근원이라 보고 있으며
미토콘드리아의 역할과 매우 유사합니다. 미토콘드리아는 핵주의 돌아다면서 산소를 이용여 세포의 활동에 에너지원을 제공합니다.

2) 박테리아의 공생관계 성립

        경쟁적 관계의 박태리아 둘은 어떻게 공생관계가 되었나? 의문을 갖게 되었습니다.
        테네시 대학의 전광우박사는 1969년 아메바의 생태연구 중에서 발견한 것이 있습니다.
        아메바의 대부분이 독성높은 박테리아의 감염, 죽고 있었고

죽고 있는 아메바중 (A)박테리아에 감염되었지만 아직 죽지 아니하고
그 죽지 않았던 아메바 안에 다른(B)박테리아가 서식(기생)하고 있다는 것이 죽은 아메바와의 큰 차이임을 알았습니다.

그 박테리아를 간직한 체 아메바는 계속 생명유지 활동하고 있는 것입니다.

실험을 확대하여 살펴본 결과,
(B)박테리아를 제거하고 (A)박테리아에 감염시키자 아메바는 죽었고

(B)박테리아의 경우 아메바 밖에서

생존을 하지 못 한다는 것을 알았습니다.

이 아메바와 (B)박테리아와의 관계를 유추하여 20억년전 어느날 원시바다의 상황을 살펴보자면
성질의 다른 두 박테리아의 공생관계가 발전하였고 이는 곧 하나의 생명으로서 세포로 탄생 되었습니다.

3) 세포의 구성과 체계

미토콘드리아(공격성,산소이용,에너지전달)

+ 세포핵(정보저장,막의 형성)
세포는 이로서 서로 다른 유기체의 결합으로

전혀 다른 새로운 유기체가 된 것입니다.
미토콘드리아는 핵의 명령에 따라 세포에 에너지를 공급하고 그 에너지로 세포는 자라고 분화, 복제, 자기역할을 합니다.

4) 세포내 공생관계의 이점
이 공생관계는 세포밖 환경변화에 더 쉬운 대처를 가능하게 만들었고 살아있는 세포는 유기체간 공존과 협동으로 풍부하고 다양한 생활을 만들어 내었습니다.

8. 여운

우주속의 지구도 미묘한 부속품이 될지도 모르지만 우리는 그 지구안에서 유기적으로 활동하고 있습니다.

지구라는 거대한 굴레 속에 환경에 적응해 가며 또는 주어진 환경을 이용해 가며 우리의 삶을 풍요롭게 만들고 있습니다.

그렇게 본다면 지구도 어쩌면 살아있는 거대한 세포가 아닐까요?