15억년 된 가장 오래된 실제 미생물화석 발견
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-07-25 15:55:30
4'30" 읽기
- Zhitomyr 우크라이나 도시 근처의 Volyn 석영 광산 샘플에서 우연히 발견
- 15억 년 된 단세포 및 다세포 생물을 3차원으로 보존
- 분광 분석에서 일부 실 같은 구조에서 키토산을 검출했다는 사실로 뒷받침
- 그들은 이미 진핵생물 또는 심지어 다세포 생물일 수 있다.
- 이 원시 깊은 생물권에 대한 연구는 아직 초기 단계
생명이 우리 행성에 처음 나타난 것은 언제일까? 지금까지 처음에는 미세한 단세포 유기체가 화석으로 살아남지 못했기 때문에 이것은 논쟁의 여지가 있다. 지금까지 암석의 필라멘트 각인, 동위원소 이상 또는 프로토스테롤과 같은 생체 분자가 있는 유기 물질의 잔해만이 존재의 증거였다. 이 유물에 따르면 지구상의 생명체는 40억 년 전에도 존재했을 수 있다. 하지만 간접적인 증거의 상당 부분은 논쟁의 여지가 있다.
베릴과 토파즈를 찾을 기회
이제 연구자들은 15억 년 이상 된 원시 미생물의 석화된 3차원 보존 유물인 가장 오래된 진정한 화석을 발견했다. 그들은 Zhitomyr 우크라이나 도시 근처의 Volyn 석영 광산 샘플에서 우연히 발견되었다. "그러나 우리가 지금 발견한 것은 모든 보석보다 훨씬 더 가치가 있다.“
프란츠와 그의 동료들은 볼린 석영 광산에서 나온 베릴을 전자현미경으로 조사했을 때 보석에서 이상한 섬유질을 발견했다. 추가 분석 결과 광산 깊이에서 다른 광물에 눈에 띄는 미세 구조가 나타났다. “전자현미경으로 우리가 보는 것은 대부분 섬유질 구조다. 가는 필라멘트가 가지를 치거나 작은 돌기나 패인 부분이 있는 두꺼운 필라멘트를 말한다”고 Franz는 보고했다. 그러나 그릇 모양과 구형 구조도 볼 수 있으며 일부는 일종의 촉수를 가지고 있다.
구조물의 두께는 10~200마이크로미터이며 때로는 수 밀리미터 길이다. 따라서 육안으로 이러한 작은 실을 볼 수 있다. 연구팀이 보고한 바와 같이 가지, 속이 빈 채널 및 아마도 세포벽의 잔해가 전자현미경으로 개체에서 볼 수 있다.
15억년 된 생물학적 기원
도대체 그것은 무엇이었을까? 이를 알아내기 위해 과학자들은 그들의 발견물에 적외선 분광법과 탄소 및 질소 동위원소 분석을 적용하여 구성과 나이를 결정했다. 그들은 전자현미경을 이용한 조사에서 불가사의한 구조의 미세한 구조를 더 자세히 분석했다. 동위원소 연대 측정을 통해 작은 필라멘트, 결절 및 촉수 물체가 적어도 15억 년은 된 것으로 밝혀졌다.
그러나 훨씬 더 흥미로운 점은 화석 구조가 분명히 생물학적 기원이라는 것이다. Franz는 "탄소 동위원소 12C와 13C를 분석함으로써 우리가 발견한 것이 생물임에 틀림없다는 것을 증명할 수 있었다“고 보고했다. 이것은 또한 분광 분석에서 일부 실 같은 구조에서 키토산을 검출했다는 사실로 뒷받침된다. 이 바이오폴리머는 오늘날에도 곰팡이의 세포벽에서 발견된다.
진핵생물과 최초의 다세포 생물
이것은 15억 년 전의 세계 최초의 실제 3차원 보존 화석일 수 있다. 필라멘트 구조 중 일부는 길이가 거의 1cm이고 가지, 구근 끝 및 기타 구조가 있는 복잡한 하부 구조를 지니고 있기 때문에 박테리아일 가능성이 낮다고 팀은 설명했다. 대신, 그들은 이미 진핵생물 또는 심지어 다세포 생물일 수 있다.
"그들의 나이는 약 15억 년으로 진핵생물이 처음 출현했을 때 추정되는 범위에 있다"고 Franz와 그의 팀은 썼다. 또한, 이러한 원시 유기체 중 일부는 곰팡이의 필라멘트 균사와 형태가 매우 유사하다. "우리는 적어도 다른 화석화된 미생물이 독특한 세포 구조를 가진 단세포 또는 다세포였음에 틀림없다고 가정할 수 있다"고 Franz는 말했다.
깊은 생물권의 선사 시대 주민
녹주석 결정 및 기타 광물 표면에서 자주 발생하기 때문에 연구자들은 그들이 단세포 유기체, 작은 다세포 유기체 및 한때 암석과 퇴적물에서 자란 박테리아의 복잡한 공동체인 생물막의 유물이라고 의심한다. Franz와 그의 동료들은 "생물막이 지구의 초기 역사 이래로 존재해 왔으며 원시 생명 주기의 필수적인 부분이었다는 데는 의심의 여지가 없다"고 말했다.
Volyn 석영 광산에서 발견된 것의 특징은 이 지역이 15억 년 전에는 해저가 아니라 육지의 "지하실"에 있었다는 것이다. 그에 따라 유기체는 지하 깊숙한 암석 구멍과 동굴의 벽에서 자랐다. "볼린 생물군은 복잡한 형태의 생명체가 15억 년 전에 대륙 심층 생물권에 이미 존재했음을 나타낸다"고 과학자들은 말했다.
오늘날 깊은 암석층에 거주하는 생물들과 마찬가지로 이 원시 유기체는 지구화학적 과정에서 에너지를 얻었을 수 있다. 그들은 암석의 구성 요소뿐만 아니라 균열을 통해 위에서부터 하층토로 스며드는 물에 용해된 인, 질소 또는 이산화탄소와 같은 영양분도 "섭식"했다.
미네랄이 풍부한 산으로 보존
이러한 지하 생활 방식은 또한 이러한 화석이 보존된 이유를 설명할 수 있다. 석영 광산의 화강암에는 상대적으로 많은 양의 불소가 포함되어 있으며, 이는 물 및 열과 결합하여 불화수소산을 생성할 수 있다. 이 산은 암석에서 많은 양의 알루미늄과 규소를 용해시켜 미네랄이 풍부한 부식성 국물을 만들었다고 연구원들은 설명한다. 때때로 이 국물은 생물막으로 덮인 공동을 범람시켜 빠르게 결정화되는 알루미늄 규산염층으로 유기체를 덮을 수 있다.
프란츠는 "물론 미생물은 죽었지만 완벽하게 보존됐다"고 말했다. 마이크로미터 두께의 규산알루미늄 껍질이 생명체 내부가 부서지는 것을 막아 3차원 형태와 구조를 갖게 됐다. 프란츠는 "주사 전자현미경으로 이곳에서 처음으로 원시 미생물의 화석을 연구할 수 있다는 것은 매우 흥미롭다"고 말했다. 그러나 이 원시 깊은 생물권에 대한 연구는 아직 초기 단계에 있다.
시작일 뿐
프란츠는 "추가 조사와 가능한 새로운 발견은 원시 미생물, 특히 이전에 알려지지 않은 대륙과 바다에서 발견된 원시 미생물에 대해 훨씬 더 많은 것을 알려줄 수 있을 것"이라고 말했다. 이것은 지구 생명의 초기 발달에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 아마도 다른 행성의 극한 조건에서 생명의 발달에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있을 것이다. (Biogeosciences, 2023; doi: 10.5194/bg-20-1901-2023)
출처: Technische Universität Berlin
- Zhitomyr 우크라이나 도시 근처의 Volyn 석영 광산 샘플에서 우연히 발견
- 15억 년 된 단세포 및 다세포 생물을 3차원으로 보존
- 분광 분석에서 일부 실 같은 구조에서 키토산을 검출했다는 사실로 뒷받침
- 그들은 이미 진핵생물 또는 심지어 다세포 생물일 수 있다.
- 이 원시 깊은 생물권에 대한 연구는 아직 초기 단계
가장 오래된 진짜 미생물화석 발견
15억 년 된 단세포 및 다세포 생물을 3차원으로 보존
우크라이나 석영 광산에서 고생물학자들이 가장 오래된 실제 미생물화석을 발견했다. 유물은 15억 년 된 것으로 작은 필라멘트, 결절 및 촉수 구조로 구성되어 있다. 진화 초기의 다른 화석들과 달리, 이 유기체들은 단순한 각인이나 동위원소 이상 현상이 아니라 3차원적으로 완벽하게 보존된 구조다. 보존이 가능했던 것은 용해된 규산알루미늄이 원시 생물을 둘러싸고 굳어졌기 때문이었다.
 |
| ▲ 이 촉수 구조는 15억년 된 것으로 원시 미생물에서 기원한 것으로 보인다. © Ulrich Gernert/ ZELMI |
생명이 우리 행성에 처음 나타난 것은 언제일까? 지금까지 처음에는 미세한 단세포 유기체가 화석으로 살아남지 못했기 때문에 이것은 논쟁의 여지가 있다. 지금까지 암석의 필라멘트 각인, 동위원소 이상 또는 프로토스테롤과 같은 생체 분자가 있는 유기 물질의 잔해만이 존재의 증거였다. 이 유물에 따르면 지구상의 생명체는 40억 년 전에도 존재했을 수 있다. 하지만 간접적인 증거의 상당 부분은 논쟁의 여지가 있다.
베릴과 토파즈를 찾을 기회
이제 연구자들은 15억 년 이상 된 원시 미생물의 석화된 3차원 보존 유물인 가장 오래된 진정한 화석을 발견했다. 그들은 Zhitomyr 우크라이나 도시 근처의 Volyn 석영 광산 샘플에서 우연히 발견되었다. "그러나 우리가 지금 발견한 것은 모든 보석보다 훨씬 더 가치가 있다.“
 |
| ▲ 그림 1(a) Volyn 생물군이 서식하는 우크라이나 방패에 있는 Volyn 페그마타이트 필드의 위치와 Korosten Pluton의 스케치 지도. (b) 페그마타이트의 miarolitic cavities(“chambers”)의 화석화에 대한 개념적 모델. 현재 노출은 침식 수준에서 600 m 깊이까지다. 케라이트는 종종 장석에 부착되지만 (c) 토파즈와 녹주석 결정에도 부착된다. (d) 화석화는 Si-Al 농축의 얇은 테두리와 점토 광물의 외피를 생성한다. (e) 붕괴된 방에서 각력암은 녹주석 다음에 버딩토나이트 + 백운모 + 오팔의 유사형으로 형성되었다. 케라이트가 부패하면 버딩토나이트 형성을 위해 NH4가 생성된다. 백운모의 1.5 Ga Ar–Ar 연대는 화석의 최소 연대로 간주된다. (f) 챔버를 들여다보면 화살표는 검은 케라이트를 가리킨다(모든 이미지는 Franz et al., 2022a에서 재현됨). (출처: 관련논문 The Volyn biota (Ukraine) – indications of 1.5 Gyr old eukaryotes in 3D preservation, a spotlight on the “boring billion” / European Geosciences Union) |
프란츠와 그의 동료들은 볼린 석영 광산에서 나온 베릴을 전자현미경으로 조사했을 때 보석에서 이상한 섬유질을 발견했다. 추가 분석 결과 광산 깊이에서 다른 광물에 눈에 띄는 미세 구조가 나타났다. “전자현미경으로 우리가 보는 것은 대부분 섬유질 구조다. 가는 필라멘트가 가지를 치거나 작은 돌기나 패인 부분이 있는 두꺼운 필라멘트를 말한다”고 Franz는 보고했다. 그러나 그릇 모양과 구형 구조도 볼 수 있으며 일부는 일종의 촉수를 가지고 있다.
구조물의 두께는 10~200마이크로미터이며 때로는 수 밀리미터 길이다. 따라서 육안으로 이러한 작은 실을 볼 수 있다. 연구팀이 보고한 바와 같이 가지, 속이 빈 채널 및 아마도 세포벽의 잔해가 전자현미경으로 개체에서 볼 수 있다.
15억년 된 생물학적 기원
도대체 그것은 무엇이었을까? 이를 알아내기 위해 과학자들은 그들의 발견물에 적외선 분광법과 탄소 및 질소 동위원소 분석을 적용하여 구성과 나이를 결정했다. 그들은 전자현미경을 이용한 조사에서 불가사의한 구조의 미세한 구조를 더 자세히 분석했다. 동위원소 연대 측정을 통해 작은 필라멘트, 결절 및 촉수 물체가 적어도 15억 년은 된 것으로 밝혀졌다.
그러나 훨씬 더 흥미로운 점은 화석 구조가 분명히 생물학적 기원이라는 것이다. Franz는 "탄소 동위원소 12C와 13C를 분석함으로써 우리가 발견한 것이 생물임에 틀림없다는 것을 증명할 수 있었다“고 보고했다. 이것은 또한 분광 분석에서 일부 실 같은 구조에서 키토산을 검출했다는 사실로 뒷받침된다. 이 바이오폴리머는 오늘날에도 곰팡이의 세포벽에서 발견된다.
 |
| ▲ 그림 2(a) 샘플 번호 사진. 0, 밀리미터 길이의 부서진 단일 케라이트 필라멘트 조각을 보여준다. (b) 토파즈 위의 케라이트 필라멘트 사진(산화철 수산화 염색이 있는 흰색 결정; 삽입된 그림은 5cm 크기의 큰 성냥갑이 있는 토파즈 결정, 이미지 직경 약 2mm). (c) 토파즈에 직경이 다른 필라멘트(화살표, 이미지 직경 약 3 mm). (d) 특징적인 에치 피트가 있는 베릴 프리즘 표면의 SEM 이미지(후면 산란 모드 결합). 직사각형은 (e)의 위치를 나타내며, 불규칙한 형태의 케라이트와 함께 사상형 케라이트를 나타낸다(어두운 대비는 유기물을 나타냄). (f) SEM 이미지, 화살표는 불규칙한 모양의 케라이트를 가리킨다. (h) 녹주석의 용해 특성에 분기(화살표)가 있는 케라이트 필라멘트. (i) 녹주석의 에치 피트에 있는 케라이트 필라멘트 및 구형 케라이트(화살표); 직사각형은 필라멘트의 불규칙한 직경을 나타내는 (j)의 위치를 나타낸다. (출처: 관련논문 The Volyn biota (Ukraine) – indications of 1.5 Gyr old eukaryotes in 3D preservation, a spotlight on the “boring billion”) |
진핵생물과 최초의 다세포 생물
이것은 15억 년 전의 세계 최초의 실제 3차원 보존 화석일 수 있다. 필라멘트 구조 중 일부는 길이가 거의 1cm이고 가지, 구근 끝 및 기타 구조가 있는 복잡한 하부 구조를 지니고 있기 때문에 박테리아일 가능성이 낮다고 팀은 설명했다. 대신, 그들은 이미 진핵생물 또는 심지어 다세포 생물일 수 있다.
"그들의 나이는 약 15억 년으로 진핵생물이 처음 출현했을 때 추정되는 범위에 있다"고 Franz와 그의 팀은 썼다. 또한, 이러한 원시 유기체 중 일부는 곰팡이의 필라멘트 균사와 형태가 매우 유사하다. "우리는 적어도 다른 화석화된 미생물이 독특한 세포 구조를 가진 단세포 또는 다세포였음에 틀림없다고 가정할 수 있다"고 Franz는 말했다.
깊은 생물권의 선사 시대 주민
녹주석 결정 및 기타 광물 표면에서 자주 발생하기 때문에 연구자들은 그들이 단세포 유기체, 작은 다세포 유기체 및 한때 암석과 퇴적물에서 자란 박테리아의 복잡한 공동체인 생물막의 유물이라고 의심한다. Franz와 그의 동료들은 "생물막이 지구의 초기 역사 이래로 존재해 왔으며 원시 생명 주기의 필수적인 부분이었다는 데는 의심의 여지가 없다"고 말했다.
 |
| ▲ 일부 실 모양의 미세 화석은 여기에서 볼 수 있듯이 한쪽 끝이 구근처럼 두꺼워지는 것을 보여준다. 그러나 다른 것들은 분기되어 있다. © Ulrich Gernert/ ZELMI |
Volyn 석영 광산에서 발견된 것의 특징은 이 지역이 15억 년 전에는 해저가 아니라 육지의 "지하실"에 있었다는 것이다. 그에 따라 유기체는 지하 깊숙한 암석 구멍과 동굴의 벽에서 자랐다. "볼린 생물군은 복잡한 형태의 생명체가 15억 년 전에 대륙 심층 생물권에 이미 존재했음을 나타낸다"고 과학자들은 말했다.
오늘날 깊은 암석층에 거주하는 생물들과 마찬가지로 이 원시 유기체는 지구화학적 과정에서 에너지를 얻었을 수 있다. 그들은 암석의 구성 요소뿐만 아니라 균열을 통해 위에서부터 하층토로 스며드는 물에 용해된 인, 질소 또는 이산화탄소와 같은 영양분도 "섭식"했다.
미네랄이 풍부한 산으로 보존
이러한 지하 생활 방식은 또한 이러한 화석이 보존된 이유를 설명할 수 있다. 석영 광산의 화강암에는 상대적으로 많은 양의 불소가 포함되어 있으며, 이는 물 및 열과 결합하여 불화수소산을 생성할 수 있다. 이 산은 암석에서 많은 양의 알루미늄과 규소를 용해시켜 미네랄이 풍부한 부식성 국물을 만들었다고 연구원들은 설명한다. 때때로 이 국물은 생물막으로 덮인 공동을 범람시켜 빠르게 결정화되는 알루미늄 규산염층으로 유기체를 덮을 수 있다.
 |
| ▲ 수많은 필라멘트 구조를 광물 표면에서 볼 수 있다. © Ulrich Gernert/ ZELMI |
프란츠는 "물론 미생물은 죽었지만 완벽하게 보존됐다"고 말했다. 마이크로미터 두께의 규산알루미늄 껍질이 생명체 내부가 부서지는 것을 막아 3차원 형태와 구조를 갖게 됐다. 프란츠는 "주사 전자현미경으로 이곳에서 처음으로 원시 미생물의 화석을 연구할 수 있다는 것은 매우 흥미롭다"고 말했다. 그러나 이 원시 깊은 생물권에 대한 연구는 아직 초기 단계에 있다.
시작일 뿐
프란츠는 "추가 조사와 가능한 새로운 발견은 원시 미생물, 특히 이전에 알려지지 않은 대륙과 바다에서 발견된 원시 미생물에 대해 훨씬 더 많은 것을 알려줄 수 있을 것"이라고 말했다. 이것은 지구 생명의 초기 발달에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 아마도 다른 행성의 극한 조건에서 생명의 발달에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있을 것이다. (Biogeosciences, 2023; doi: 10.5194/bg-20-1901-2023)
출처: Technische Universität Berlin
[더사이언스플러스=문광주 기자]
[ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]
