진핵 생물의 진화를 엿볼 수 있는 18.8억 년 전 미세화석

 

(Common types of Gunflint microfossils, with white scale bars at a scale of 0.01mm. Credit: Sasaki et al.)

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(Images of the newly discovered microfossils, with white scale bars at a scale of 0.01mm. Credit: Sasaki et al.)

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최초의 생물이 언제 등장했는지, 최초의 진핵 생물은 언제 등장했는지, 그리고 최초의 다세포 생물이 언제 등장했는지는 과학계에서 오랜 논쟁거리였습니다.

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이 가운데서 최초의 진핵 생물은 지구 대기 중 산소 농도가 크게 증가한 이후 등장했다고 보고 있습니다. 시기적으로는 20억 년 전으로 거슬러 올라갈 수 있지만, 아직 작은 세포에 불과하기 때문에 화석으로 이를 입증하기는 매우 어렵습니다.

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일본 도호쿠 대학과 도쿄 대학의 과학자들은 미국 온타리오주와 미네소타주에 걸쳐 있는 건플리트 지층 (Gunflint Formation)에서 발견된 미세 화석들을 분석했습니다. 이 지층은 18.8억 년 전의 것으로 시기적으로 보면 핵을 지닌 초기 진핵세포가 진화했거나 아니면 그 직전 단계의 모습을 간직하고 있을 가능성이 높습니다.

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연구팀은 여기서 진핵 세포의 미세 화석은 찾지 못했지만, 그 단서를 찾을 수 있는 화석을 발견했습니다. 물론 세포의 흔적이기 때문에 세포 소기관까지 남아있지는 않지만, 건플리트 지층의 미세 화석들은 외부 미세 구조가 생각보다 잘 보존되어 있습니다.

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연구팀은 이 화석들을 형태에 따라 다섯 가지로 나눴습니다. 콜로니형, 타원형, ICI , 가시가 있는 것, 꼬리가 있는 것 (colonial, ellipsoidal, intracellular inclusion-bearing (ICI), spinous and tail-bearing types) 입니다.

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이 가운데 여러 박테리아가 콜로니를 형성하거나 타원형 모양을 취하는 것은 흔히 볼 수 있는 것입니다. 연구팀은 타원형이 시아노 박테리아와 유사한 형태라고 생각했습니다. ICI 형은 세포내 물질이 있는 것으로 이 박테리아들이 거친 환경에서 생존을 위해 영양분을 비축한 것으로 해석됩니다.

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표면에 가시나 꼬리가 있는 형태는 영양분과 물질을 이동하기 쉽게 하기 위한 것으로 이는 진핵 세포의 초기 단계를 시사하고 있습니다. 세포 내 소기관은 확인할 수 없지만, 연구팀은 다양하게 분화한 미세 화석들이 그 가능성을 보여준다고 생각하고 있습니다.

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핵과 세포 소기관을 갖춘 진핵 세포의 등장은 인간 같이 복잡한 다세포 동물이 나타나기 위한 필수적인 과정이었습니다. 이 과정을 이해하는 것은 지금 우리가 어떻게 세상에 존재할 수 있는지를 이해하는 것입니다.

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참고

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https://phys.org/news/2022-09-discovery-microfossils-age-old-scientific.html

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Kohei Sasaki et al, Evolutionary diversification of paleoproterozoic prokaryotes: New microfossil records in 1.88 Ga Gunflint Formation, Precambrian Research (2022). DOI: 10.1016/j.precamres.2022.106798