<생명이란 무엇인가> 녹색세균, 적색세균, 자색세균

책읽는고양이

}

2020.12.23. 08:004,149 읽음 비밀글

 

생물학자들은 양분을 생산할 수 없어 외부로부터 탄소와 에너지를 얻는 종속영양생물로 세균을 분류한다. 사람을 비롯한 거의 모든 동물 또한 종속영양생물이다. 색소체나 공생 조류가 없기 때문에 우리 몸은 광합성을 하지 못한다. 우리는 식물조직이나 식물을 먹고 자란 동물과 균류 같은 다른 생물체로부터 양분과 에너지를 얻어야 한다. 종속영양생물인 세균이 생물학적 위기를 맞게 되는 최초의 파도는 단지 시간문제였을 뿐이다.

환경이 제공하는 양분 공급이 제한되고 예측이 불가능해지고 점점 희귀해졌다. 발효 생물들은 지구의 식료품 저장실에서 줄어들고 있는 당분에만 의존할 수 없었다. 기아에 직면하자 일부 운 좋은발효 세균이 어떻게 해서인지 스스로 양분을 만들 수 있는 능력을 진화시켰다. 이렇게 해서 녹색세균과 자색세균이라는 위대한 혈통이 시작되었다.

지구 역사상 가장 중요한 물질대사 혁신은 광합성이었다. 광합성을 통해 생물은 에너지 결핍에서 해방되었다. 그때 이후로 생물이 주로 받은 제약은 구성물질의 부족이었다. 광합성은 세균에서 나타났다. 햇빛에서 에너지를 채굴하는 최초의 양분 제조자(아마도 오늘날의 클로로비움 같은 녹색황세균)는 자신과 생물권의 나머지 생물들을 위해 사용 가능한 양분과 에너지를 생산해냈다. 그들은 최초의 독립영양생물이었다.

지구 표면에 도달하는 광선 중 생물에게 가장 중요한 형태는 생화학작용을 파괴하는 짧은 파장의 자외선도 아니고, 사람이 열로 감지하는 긴 파장의 적외선도 아니다. 그보다 생물은 중간 파장의 가시광선에 의존한다. 광합성에서는 태양의 가시광선에서 나오는 광자 에너지가 엽록소 분자의 전자를 흥분시키고 여분의 에너지를 ATP 분자로 전달한다. ATP가 생물에게 크게 기여한 것은 햇빛이나 양분이 있어서 에너지이용이 가능한 바로 그 순간이 아니라 생물에게 에너지가 필요할 때 에너지를 사용할 수 있게 해준다는 점이다.

ATP는 생물이 미래를 위해 저축하는 일차 방식이다. 그러나 에너지 저장 도구로서 ATP는 한계가 있다. 공기 중의 이산화탄소와 몇몇 수소원으로부터 당을 만드는 데 ATP를 이용함으로써 에너지를 더 오래 더 많이 저장할 수 있다. 광합성은 세포가 내부에서 당과 유전자를 만드는 것을 가능하게 함으로써 환경에서 당을 얻어내는 초기 식생활로부터 생물을 자유롭게 해주었다.

클로로비움 비노숨 같은 오늘날의 녹색황세균은 광합성을 한다. 이들의 선조는 아마도 최초의 광합성 생물에 속했을 것이다. 오늘날에는 산소가 해를 미치지 못하는 지하 세계로 세균이 한정되어 있지만, 태초에는 그들이 이 지구 표면을 장악했을 것이다. 산소가 없는 초기의 대기는 그들을 괴롭히지 않았을 것이고 더군다나 엄청난 양의 이산화탄소도 있었다. 녹색황세균의 혐기성 대사는 과거의 대사 방식을 물려받은것으로 보인다.

초기의 발효 세균이 점점 줄어드는 유기물 조각으로 근근이 살아가야 했던 반면에 초기 광합성 세균은 말 그대로 공기에서 난데없이 나타났다. 수소가 여전히 지구에 기체 상태로 존재했으므로 광합성 세균들은 당 합성에 필요한 수소를 얻는 데 아무런 문제가 없었다. 최초의 광합성 생물은 대기로부터 끌어온 수소 기체와 이산화탄소로부터 자신의 작은 몸체를 만들어냈다.

또 다른 준비된 수소원은 황화수소였다. 한때 불모지였던 대지를 재생하고 부드럽게 만든 녹색황세균은 갈라진 지각의 분기공이나 화산이 뿜어내는 황화수소(H2S)를 먹고 살았다. 폐기물로 황 원소(S)를 내놓았기에(지금도 마찬가지다) 황세균이라는 이름이 붙었다. 물(H2O)을 분해하여 수소 원자를 얻는 조류나 식물과 달리, 녹색황세균은 산소를 내놓지 않았다. 대신 그들은 황 원소를 아무렇게나 쌓아두었다. 수소기체가 대기에서 사라지고 난 후에도 지각 변동 운동이 쉼 없이 일어난 덕택에 황화수소는 풍부하게 남아 있었다. 이렇듯 황화수소를 이용하는 광합성 경로는 초기 생물을 위한 훌륭한 전략이었음이 판명되었다.

시간 여행을 하는 눈으로 시생대의 수평선을 훑어보았다면 다채로운 색깔들이 번쩍이는 것을 볼 수 있었을 것이다. 선홍색, 녹색, 자주색, 오렌지색 등 다양한 색깔의 광합성 세균들이 용암류, 굳은 경석, 반짝이는 검은 모래를 잠식하면서 새로 생긴 화산지대의 표면을 장악했다. 환상적일 만큼 성공적인 세균 중에는 새로운 식량원을 찾기 위한 수단으로 헤엄치는 능력을 진화시킨 종속영양생물도 있었다.

이들 가운데 일부가 적색세균인데, 이들의 붉은색은 빛에 민감한 색소인 로돕신 때문이었다. 로돕신은 녹색 색소인 엽록소처럼 에너지를 붙잡아 ATP에 저장하지만 다른 파장의 빛을 이용한다. 오늘날 (소금기를 좋아하는) 여러 호염성 고세균에서 발견되는 로돕신은 기본적으로 생물의 화학 작용이 잘 보존되어 있음을 보여주는 좋은 예다. 로돕신은 바다 어류의 망막 간상세포에서도 발견되며 사람의 시각 작용에서도, 특히 빛이 희미할 때 이용된다.

시간 여행의 눈을 녹색황세균과 적색 호염성 세균이 등장한 시기에서 앞으로 옮기면 마침내 새로운 광합성 형태, 자색황세균을 발견하게된다.(그림) 이들이 이루어낸 혁신은 광합성에 다른 색소를 쓴 것보다 산소를 견디는 능력에 있었다. 그러나 그들의 내성은 완전하지 않았다.

현존하는 자색황세균은 해질녘 같은 일시적인 어둠 속에서만 산소를 견딜 수 있다. 그러나 자기 생산이라는 과제를 받은 광합성 생물은 햇빛 아래서 살아야 한다. 어떤 광합성 생물도 어둠 속에서 장시간 살 수 없다.

크로마티움 비노숨, 자색황세균. 모네라(세균)계, 프로테오박테리아문. 이 광합성 미생 물(길이는 5마이크로미터까지 이를 수 있고, 폭은 0.5∼1마이크로미터다)은 식물이 진 화하기 훨씬 전부터 광합성을 했다. 자주색 내용물은 색소와 효소를 지니는 틸라코이 드 막이고, 구 모양은 황이다. 어두운 곳에서만 산소를 견딜 수 있는 이들의 존재는 광 합성이 산소가 공기 중에 나타나기 오래 전에 진화한 혐기성 과정임을 증명한다.

---

생명이란무엇인가

저자 린 마굴리스, 도리언 세이건

출판 리수

발매 2016.05.02.

상세보기

“생명이란 무엇인가?” 슈뢰딩거의 뛰어난 질문에 새롭게 답한 책
적자생존을 뛰어넘어 공생명을 말하다

생명에 대한 에르빈 슈뢰딩거의 과학적 접근 이후, 보다 탄탄한 과학적 기반을 마련한 린 마굴리스와 도리언 세이건의 저술로서, 다윈 이후 절대 이론이었던 적자생존론을 뒤엎고 공생명을 기반으로 한 생명론을 증명하고 있다. 저자들은 “생명이란 무엇인가?” 라는 이 영원한 질문에 대해 과학과 철학·역사·시가 결합된 폭넓은 접근을 선보이며, 생명의 역사, 생명의 본질, 생명의 미래를 다각적으로 풀어내고 있다.

---

#생명이란무엇인가#세균#책소개#생명#생물#책미리보기#책리뷰#책추천#추천도서