(Sediment studies of the Pongola Basin, South Africa, have now found that the area was home to the earliest-known oxygen-producing organisms(Credit: Axel Hofmann/University of Johannesburg))
대산소화 사건(Great Oxygenation Event)은 수십억년 전 지구 대기 중 산소가 급격히 증가했던 사건을 의미합니다. 본래 지구가 생성되었을 때 대기는 태양계의 다른 천체들처럼 이산화탄소, 메탄 등이 풍부했을 것으로 추정됩니다.
당시에는 지금보다 태양이 어두웠지만, 이런 기체들이 대기에 풍부한 덕분에 강력한 온실효과가 발생해 액체 상태의 물이 있을 수 있다고 보고 있습니다. 대신 산소처럼 반응성이 풍부한 기체는 지금 농도의 10만분의 1에 불과해 사실상 산소가 없는 대기 구조를 가지고 있었습니다.
지구 대기 중 산소가 풍부해진 것은 광합성 생물의 등장 때문입니다. 이들이 광합성의 부산물로 내놓은 산소는 사실 바로 대기 중 산소가 된 것이 아니라 여러 가지 물질과 결합해 바다에 침전되었습니다. 하지만 계속해서 산소가 생성되면서 결국 어느 시점에서는 대기 중 산소 농도가 의미있게 증가했는데, 이를 대산소화 사건이라고 부릅니다.
이 사건은 24.5억년 전 발생한 것으로 보이는데, 지구 생물 역사에서 큰 전환점을 그리게 됩니다. 대기 중 산소 농도가 증가하면서 지금까지 산소가 없는 환경에서 살아갔던 많은 박테리아 (특히 고세균)에게 불리한 조건이 형성되었습니다. 하지만 이 상황을 반대로 이용해서 산소호흡을 하는 미생물이 등장할 수 있었습니다.
산소호흡은 산소를 사용하지 않은 경우보다 많은 에너지를 내놓을 수 있습니다. 따라서 이는 복잡한 진핵 생물의 진화와 다세포 생물의 진화를 촉진한 것으로 여겨집니다. 다만 대산소화 사건이 정확히 어느 시점에 시작되었는지는 다소간의 논란이 있습니다.
튀빙겐 대학의 연구팀은 남아프리카 공화국의 퐁골라 분지(Pongola Basin, South Africa)의 지층을 조사해 29.7억년 전에도 얕은 바다의 산소 농도가 의미있게 증가했다는 증거를 발견했습니다. 이들이 조사한 지층에는 산소가 포함된 황화합물인 황산염(Sulfate, M21SO4)이 풍부했는데, 이는 물에 녹은 산소 농도가 증가했음을 시사하는 소견입니다.
이것이 대기 중 산소가 전체적으로 증가한 것인지 아니면 광합성이 활발한 얕은 바다에서만의 결과인지는 좀 더 연구가 필요해 보이지만, 적어도 국소적으로라도 이미 산소 농도가 꽤 오래전부터 증가했다는 단서를 제공할 순 있습니다.
만약 이 주장이 사실이라면 산소 농도의 증가가 진핵세포의 등장 한참 이전에 일어난 것이기 때문에 산소 농도의 증가가 복잡한 진핵세포의 진화를 이끌어냈다는 주장과 상충될 수 있습니다. 앞으로 이 주제를 가지고 계속해서 갑론을박이 이어질 것으로 보입니다.
여기서 슬쩍 광고를 넣어보면 앞으로 제가 출간할 신간에도 대산소화 사건에 대한 이야기가 있습니다. 대산소화 사건 자체보다는 이로 인한 진핵세포의 진화가 더 중요한 주제인데, 사실 많은 과학적 가설이 그렇듯이 논쟁의 여지가 있는 부분이 있습니다. 그래도 책에서 이런 저런 논쟁이 있다는 점만 강조하면 진행이 안되기 때문에 일단은 산소 가설을 지지하는 방향으로 구성했습니다.
나중에 출간 전에 더 구체적인 소개를 해보겠습니다.
참고
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