(These synthetic microorganisms are made up of yeast cells (blue) with bacteria (pink) inside them, which rely on each other to survive(Credit: Scripps research Institute))
스크립스 연구소(Scripps research Institute)의 과학자들이 진화의 중요한 단계를 설명할 수 있는 합성 생물을 만들었습니다. 이들이 만든 것은 DNA와 RNA를 모두 유전 정보 기록에 사용하는 박테리아와 다른 박테리아를 체내에 품은 효모입니다.
현생 생물은 DNA에 유전 정보를 기록하고 이 정보를 꺼내는 수단으로 RNA를 사용하고 있습니다. DNA가 기록 보존에 더 유리하기 때문이지만, 아마도 초기 원시 생명체는 이렇게 복잡한 구조를 지니지 않았을 것입니다. 처음에는 RNA 하나가 모든 역할을 담당했다가 나중에 DNA가 생겨 정보를 안전하게 보관하고 후손에게 물려주는 역할을 했을 것입니다.
DNA-RNA 키메라 생물은 이 과정을 연구하기 위한 연구 모델로 놀랍게도 전체 DNA의 50%를 RNA로 바꾼 대장균들은 계속해서 증식하면서 살아남았습니다. 연구팀은 이를 토대로 RNA 생명체가 불안정하지만 더 빠르게 진화한다는 가설을 확인할 수 있었습니다. 하지만 빠른 변이 못지 않게 안전성도 중요하기 때문에 점차 DNA 쪽으로 유전 정보 기록이 넘어가고 단백질을 만드는 과정은 RNA를 거치는 방식으로 진화했을 것입니다.
두 번째 실험은 필수적인 아미노산 생산을 못하는 대장균과 본래 있는 미토콘드리아의 기능이 약해진 효모를 이용한 키메라 생물입니다. 연구팀은 효모 세포 속에 이 대장균을 넣어 초기 진핵생물의 진화 모델을 연구했습니다. 초기 진핵세포는 아마도 산소를 이용해서 ATP를 생산하는 박테리아와 공생하면서 탄생한 것으로 생각되는데, 여러 가지 증거가 있기는 하지만 당연히 그 구체적인 과정에 대한 연구는 어려웠습니다. 여기에 대해서 여러 가지 가설들이 충돌하고 있는데, 그 과정은 제 책인 포식자에서 소개한 바 있습니다.
이번 연구에서는 적어도 40세대 이상 내부의 대장균이 계속해서 증식할 수 있다는 점이 확인되었습니다.본래 대장균은 다른 진핵세포 안에서 살아가는 생물이 아니지만, 쉽게 그 환경에 적응했습니다. 초기 박테리아가 다른 세포 안에 들어가게 된 경위에 대해서는 여전히 모르는 부분이 있지만, 적어도 한 세포가 다른 세포 안에 들어가서 사는 것 자체는 생각보다 어렵지 않을 수 있다는 점은 확인된 셈입니다.
초기 단세포 생물의 진화는 화석에서 얻을 수 있는 정보가 상당히 제한적이기 때문에 연구에 많은 어려움이 있습니다. 하지만 과학자들은 다양한 방법으로 초기 생명의 탄생과 진화에 대해서 연구를 계속하고 있습니다. 여기에 지구 생명의 진화와 우리가 어디서 왔느냐는 질문의 답이 존재하기 때문입니다.
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