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- 과학은 오랫동안 이 'Mister X', 즉 'Last Universal Common Ancestral'의 영어 약어인 'LUCA'를 찾아왔다.
- 모든 생명체의 마지막 공통조상은 43억 년 전으로 거슬러 올라가
- “진핵생물은 박테리아와 고세균 가지에서 발생했다. 우리 안에는 둘 다 조금씩 있다”

모든 생명의 조상은 언제 살았는가?
모든 생명체의 마지막 공통조상은 43억 년 전으로 거슬러 올라간다.

과거로의 여행:
모든 육상 유기체의 마지막 공통조상은 43억 2천만 년에서 45억 2천만 년 전에 살았을 수 있다. 연구자들은 "Nature"에서 보고한 바와 같이 지구가 형성된 직후다. 모든 박테리아, 고세균, 동물과 식물의 조상은 이미 에너지원인 ATP를 생산할 수 있는 단세포 유기체였다. 우리 인간도 속하는 진핵생물의 계통은 18억 4천만 년에서 19억 3천만 년 전 사이에 마지막 공통 조상이 있었다. 

▲ 연구팀에 따르면 초기 생명나무는 이런 모습이었을 것으로 추정된다. © Tara Mahendrarajah

우리 행성에서 생명체가 언제 어디서 처음 발생했는지는 아직 불분명하다. 그러나 유전적 및 생리학적 기초에 대한 재구성은 이러한 최초의 세포가 극도로 단순하고 최소한의 세포 기능과 효소만을 갖추고 있음을 시사한다. 현재의 가정에 따르면 모든 현대 생명체의 전신은 적어도 38억 년 전에 출현했을 수 있다.

루카를 찾아서

과학은 오랫동안 이 'Mister X', 즉 'Last Universal Common Ancestral'의 영어 약어인 'LUCA'를 찾아왔다. 이 문제를 해결하기 위해 네덜란드 왕립 해양연구소의 타라 마헨드라라자Tara Mahendrajah가 이끄는 연구원들은 이제 새로운 접근 방식을 취했다. 아이디어는 박테리아, 개, 세쿼이아 등 오늘날 모든 유기체는 세포 에너지원인 아데노신삼인산(ATP)을 생성하는 효소인 ATP 합성효소의 변종을 하나 이상 가지고 있다는 것이었다. 

▲ 연구자들은 생명의 기원에 관한 새로운 세부점을 밝혀냈다. © picturist/ Getty Images

따라서 LUCA가 ATP 합성도 가능했다는 것은 당연한 일이다. 따라서 Mahendrarajah와 그녀의 팀은 다양한 변종이 수렴되는 시점을 마침내 찾기 위해 과거의 다양한 형태의 ATP 합성효소를 추적했다. 이를 통해 그들은 LUCA가 한때 살았을 때뿐만 아니라 다양한 유기체 그룹이 생명나무에서 분리되었을 때까지 연대를 알 수 있었다.

LUCA의 나이는 43억 년이 넘었다.

결과:
Mahendrajah와 그녀의 팀의 데이트에 따르면 LUCA는 43억 2천만-45억 2천만 년 전에 살았음에 틀림없다. 그들의 재건은 지상 생명의 기원을 더욱 과거로 밀어낸다. 따라서 최초의 유기체는 우리 행성이 형성된 직후에 발생했을 수 있다.

새로운 연대 측정 방법은 또한 박테리아와 고세균이 언제 서로 갈라졌는지 더 정확하게 결정하는 데 도움이 되었으며 놀라운 결과를 얻었다. 지금까지 고세균은 지구상에서 가장 오래된 유기체 그룹으로 간주됐으며 박테리아가 그 뒤를 바짝 뒤따랐다. 그러나 새로운 ATP 재구성에 따르면, 그 반대일 수도 있다. 가장 오래된 박테리아 조상은 40억 5천만-44억 9천만 년 전에 존재한 반면, 모든 고세균의 공통조상은 "오직" 33억 7천만년-39억 5천만년 전에 존재했다고 연구팀은 기술했다.

▲ C 핵, 미토콘드리아 및 색소체 진핵 동족체를 포함하는 날짜가 지정된 교차 보강 리보솜 종 트리. 최대 가능성 연결 리보솜 종 계통 발생 및 제약 조건을 추론하는 방법. 정렬은 863개 서열을 포함하고 TRIMAL129(정렬 길이  = 2133개 아미노산)로 다듬어졌으며 IQ-TREE2 v2.1.2 LG+C60+R+F 모델111,122,123을 사용하여 최대 가능성 계통발생을 추론했다. 약어: b 보강형, nb 비 보강형, MAncL은 미토콘드리아와 가장 가까운 알파프로테오박테리아 자매 계통의 공유 조상, AAnc: 진핵 숙주 계통과 가장 가까운 아스가르다카엘 자매 계통의 공유 조상; 호드, Hodarchaeales; 색소체와 가장 가까운 시아노박테리아 자매 계통의 공유 조상인 PAnc; c 촉매; nc 비촉매; F F형 ATP 합성효소; AV AV형 ATP 합성효소.(출처:관련논문 ATP synthase evolution on a cross-braced dated tree of life / nature communications)

진핵생물의 조상은 언제 살았는가?

마헨드라라자와 그녀의 동료들은 또한 우리 인간을 포함하여 모든 세포핵을 지닌 생명체가 속하는 가계도의 가지인 진핵생물의 역사를 더 정확하게 해독할 수 있었다. 연대측정에 따르면 진핵생물의 마지막 공통조상은 18억 4천만년-19억 3천만년 전에 살았음에 틀림없다. 보다 최근의 이론에 따르면, 모든 세포핵 운반체의 조상은 오늘날에도 여전히 존재하는 고세균의 작은 하위 그룹인 소위 아스가르드 고세균에서 유래했다.

그러나 이 고세균은 아마도 진핵생물의 유일한 조상은 아닐 것이다. 내공생 이론에서는 원시 진핵생물이 두 개의 단세포 생명체의 융합을 통해 발생했다고 가정한다. Mahendrarajah는 “진핵생물은 박테리아와 고세균 가지에서 발생했다. 우리 안에는 둘 다 조금씩 있다”고 설명했다.

과거는 미래를 보여준다

생명의 역사에 대한 새로운 통찰은 과거를 재구성하는 데 도움이 될 뿐만 아니라 미래에 대한 정보도 제공할 수 있다. "영양분 순환에서 고대 미생물과 새로운 미생물의 역할에 대한 통찰력은 기후 온난화를 포함하여 변화하는 환경에서 미래의 생물 다양성을 더 잘 이해하고 예측하는 데 도움이 될 수 있다"고 Spang은 설명했다.
(Nature Communications, 2023; doi: 10.1038/s41467-023-42924-w)
출처: 네덜란드 왕립 해양연구소

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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