원생동물의 "잃어버린 세계" 발견
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2023-06-09 21:47:23
3'20" 읽기
- 약 8억 년에서 12억 년 전에 오늘날의 모든 진핵생물의 공통 조상이 나타나
- 최대 17억 년 된 여러 국가의 암석에서 샘플을 조사
- 토늄의 지질학적 시기에 변화가 앞바다에서 일어나
- 지배적이었던 프로토스테롤 원생동물은 이러한 변화에 대처할 수 없었고 죽었다.
약 8억 년에서 12억 년 전에 오늘날의 모든 진핵생물의 공통 조상이 나타났다. 단세포 유기체는 화학적 및 구조적 세포 구조가 세포핵을 가진 모든 생명체의 기본 청사진이 되었다. 그러나 그 이전에는 무엇이 있었을까? 비교 DNA 분석에 따르면 진핵생물의 뿌리는 훨씬 더 거슬러 올라가야 한다. 그러나 그러한 원생동물의 명확한 화석은 이 초기부터 살아남지 못했으며, 지금까지 발견된 가장 오래된 것은 약 10억 년 된 것이다.
"과학자들은 오랫동안 그러한 원시 진핵생물의 화석 증거를 찾고 있었지만 그들의 물리적 유물은 극히 드물었다"고 브레멘 대학의 제1저자인 Benjamin Nettersheim이 설명했다. 이것이 바로 그와 그의 동료들이 이러한 초기 원생동물의 흔적을 찾기 위해 이제 새로운 화학적 접근법을 선택한 이유다.
생화학 탐정
검색의 출발점은 거의 모든 진핵 세포에서 발견되는 스테로이드 분자였다. "이러한 지질 분자는 다양한 생리학적 기능을 수행하는 진핵 세포막의 필수적인 부분이다"고 Nettersheim은 설명했다. 이 스테로이드와 그 유도체의 보존된 유물은 약 10억 년 전의 암석에서 찾을 수 있다.
그러나 생화학자이자 노벨상 수상자인 Konrad Bloch가 30년 전에 가정한 것처럼 이 시기 이전에도 이러한 분자의 전구체를 생산할 수 있는 단세포 유기체가 이미 존재할 수 있었다. 이 초기 유기체는 아직 전형적인 진핵 스테로이드 생산을 위한 완전한 대사 경로를 가지고 있지 않았기 때문에, 그들은 오늘날 세포 스테로이드 합성 사슬에서 중간체로만 발생하는 분자인 원시 스테롤과 프로토스테롤만 생산했다.
고대 암석의 화석 분자
여기에서 호주 국립대학교 Nettersheim과 그의 팀이 등장했다. 연구자들은 이 분자에 대해 최대 17억 년 된 여러 국가의 암석에서 샘플을 조사하기 시작했다. 실제로 그들은 그들이 찾고 있던 것을 발견했다. "이러한 바이오마커의 가장 오래된 컬렉션은 호주의 16억 4천만 년 된 Barney Creek Formation에서 왔으며 거의 100가지의 다른 프로토스테롤 파생물을 포함하고 있다"고 과학자들은 보고했다. 이러한 프로토스테롤과 원시 스테롤은 중생대의 다른 암석에서도 발견되었다. Brocks는 "우리는 수십억 년 된 전 세계 수역에서 수집한 수십 개의 다른 암석에 유사한 화석 분자가 박혀 있음을 발견했다"고 말했다.
원시 바다를 지배한 줄기군 진핵생물
이것에 따르면, 16억년 전에 이러한 원시 스테롤을 생산한 원생동물의 잃어버린 세계가 있었음에 틀림없다. "이러한 바이오마커의 새로운 발견은 중기 원생대에 광범위하고 매우 흔했던 프로토스테롤 환경을 보여준다"고 Nettersheim과 그의 동료들은 썼다. 이 줄기 그룹의 진핵생물은 그 당시 산소가 아직 부족했던 원시 지구에 완벽하게 적응한 유기체의 크고 분지된 그룹을 형성했다.
"그 당시 바다와 호수의 탁 트인 물은 프로토스테롤 생물군으로 가득 차 있었다. 그들의 유물은 실제로 놓치기 어렵다"고 Brocks는 말한다. "우리 과학자들은 지금까지 무엇을 미리 찾아야 할지 몰랐다." 이 줄기 그룹 진핵생물은 당시 매우 성공적이어서 처음에는 스테로이드를 생산하는 현대 진핵생물의 조상을 대체했다.
끝은 토늄과 함께 왔다
그러나 10억 년에서 8억 년 전에는 이것이 변했다. 왜냐하면 토늄의 지질학적 시기에 변화가 앞바다에서 일어났기 때문이다. 이것은 또한 그 당시 생활 환경에 영향을 미쳤다. 이전에 지배적이었던 프로토스테롤 원생동물은 이러한 변화에 대처할 수 없었고 죽었다.
대신 오늘날 진핵생물의 조상이 이제 우위를 점했다. 오래된 환경 조건에서는 더 복잡하고 덜 효율적인 스테로이드 합성이 단점이었기 때문이다. 그러나 이것은 새로운 시대에 바뀌었다. 프로토스테롤과 달리 스테로이드는 더 강력했고 탈수, 저온 충격 및 삼투압 스트레스로부터 세포를 더 잘 보호했다. 연구원들은 "선진 진핵생물의 초기 대표자는 그 시대의 극한생물과 비슷했을 수 있다"고 설명했다.
환경이 바뀌자 이 진핵생물은 경쟁자인 프로토스테롤을 대체할 수 있었고 줄기군 진핵생물은 조금 후에 완전히 사라졌다. Nettersheim과 그의 동료들은 "토늄의 이러한 변화는 복잡한 생명체의 진화에서 가장 심오한 생태학적 변화 중 하나일 수 있다"고 말했다. "화석 원생 및 원시 스테롤은 따라서 중생대의 이러한 줄기 그룹 진핵생물의 잃어버린 세계에 대한 증인이다.“
(Nature, 3023; doi: 10.1038/s41586-023-06170-w)
출처: 호주 국립 대학교, Helmholtz Center Potsdam – GFZ 독일 지구과학 연구 센터
- 약 8억 년에서 12억 년 전에 오늘날의 모든 진핵생물의 공통 조상이 나타나
- 최대 17억 년 된 여러 국가의 암석에서 샘플을 조사
- 토늄의 지질학적 시기에 변화가 앞바다에서 일어나
- 지배적이었던 프로토스테롤 원생동물은 이러한 변화에 대처할 수 없었고 죽었다.
원생동물의 "잃어버린 세계" 발견
화석 분자는 사라진 진핵생물 원형의 원시 서식지를 밝힌다.
원시 개척자:
우리 조상이 출현하기 전에 이전에 알려지지 않은 진핵 원생동물이 원시 지구의 바다와 호수를 지배했으며 이제 화석 분자가 밝혀졌다. 6억 년 동안 이 "줄기군 진핵생물"은 그들만의 환경을 형성했다. 약 8억 년 전에 완전히 멸종할 때까지다. 오늘날 모든 세포 함유 세포에 사용되는 스테로이드 분자의 생화학적 전구체인 프로토스테롤만이 이 "잃어버린 세계"를 목격하고 있다고 연구원들은 "Nature"에 보고했다.
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| ▲ 우리는 "잃어버린 단세포 세계"의 진핵 유기체가 10억년 전에 어떻게 생겼는지 모르지만 아마도 여기에 표시된 것과 비슷했을 것이다. © TA 2023/ mit Midjourney produziert |
약 8억 년에서 12억 년 전에 오늘날의 모든 진핵생물의 공통 조상이 나타났다. 단세포 유기체는 화학적 및 구조적 세포 구조가 세포핵을 가진 모든 생명체의 기본 청사진이 되었다. 그러나 그 이전에는 무엇이 있었을까? 비교 DNA 분석에 따르면 진핵생물의 뿌리는 훨씬 더 거슬러 올라가야 한다. 그러나 그러한 원생동물의 명확한 화석은 이 초기부터 살아남지 못했으며, 지금까지 발견된 가장 오래된 것은 약 10억 년 된 것이다.
"과학자들은 오랫동안 그러한 원시 진핵생물의 화석 증거를 찾고 있었지만 그들의 물리적 유물은 극히 드물었다"고 브레멘 대학의 제1저자인 Benjamin Nettersheim이 설명했다. 이것이 바로 그와 그의 동료들이 이러한 초기 원생동물의 흔적을 찾기 위해 이제 새로운 화학적 접근법을 선택한 이유다.
생화학 탐정
검색의 출발점은 거의 모든 진핵 세포에서 발견되는 스테로이드 분자였다. "이러한 지질 분자는 다양한 생리학적 기능을 수행하는 진핵 세포막의 필수적인 부분이다"고 Nettersheim은 설명했다. 이 스테로이드와 그 유도체의 보존된 유물은 약 10억 년 전의 암석에서 찾을 수 있다.
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| ▲ 스테롤과 스테로이드의 기본 구조 - 모든 진핵생물의 중요한 세포 성분. © 퍼블릭 도메인 |
그러나 생화학자이자 노벨상 수상자인 Konrad Bloch가 30년 전에 가정한 것처럼 이 시기 이전에도 이러한 분자의 전구체를 생산할 수 있는 단세포 유기체가 이미 존재할 수 있었다. 이 초기 유기체는 아직 전형적인 진핵 스테로이드 생산을 위한 완전한 대사 경로를 가지고 있지 않았기 때문에, 그들은 오늘날 세포 스테로이드 합성 사슬에서 중간체로만 발생하는 분자인 원시 스테롤과 프로토스테롤만 생산했다.
고대 암석의 화석 분자
여기에서 호주 국립대학교 Nettersheim과 그의 팀이 등장했다. 연구자들은 이 분자에 대해 최대 17억 년 된 여러 국가의 암석에서 샘플을 조사하기 시작했다. 실제로 그들은 그들이 찾고 있던 것을 발견했다. "이러한 바이오마커의 가장 오래된 컬렉션은 호주의 16억 4천만 년 된 Barney Creek Formation에서 왔으며 거의 100가지의 다른 프로토스테롤 파생물을 포함하고 있다"고 과학자들은 보고했다. 이러한 프로토스테롤과 원시 스테롤은 중생대의 다른 암석에서도 발견되었다. Brocks는 "우리는 수십억 년 된 전 세계 수역에서 수집한 수십 개의 다른 암석에 유사한 화석 분자가 박혀 있음을 발견했다"고 말했다.
원시 바다를 지배한 줄기군 진핵생물
이것에 따르면, 16억년 전에 이러한 원시 스테롤을 생산한 원생동물의 잃어버린 세계가 있었음에 틀림없다. "이러한 바이오마커의 새로운 발견은 중기 원생대에 광범위하고 매우 흔했던 프로토스테롤 환경을 보여준다"고 Nettersheim과 그의 동료들은 썼다. 이 줄기 그룹의 진핵생물은 그 당시 산소가 아직 부족했던 원시 지구에 완벽하게 적응한 유기체의 크고 분지된 그룹을 형성했다.
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| ▲ 모든 현대 진핵생물의 마지막 공통조상 이전에 또 다른 진핵생물 원생동물 집단이 있었다. © TA 2023/ mit Midjourney produziert |
"그 당시 바다와 호수의 탁 트인 물은 프로토스테롤 생물군으로 가득 차 있었다. 그들의 유물은 실제로 놓치기 어렵다"고 Brocks는 말한다. "우리 과학자들은 지금까지 무엇을 미리 찾아야 할지 몰랐다." 이 줄기 그룹 진핵생물은 당시 매우 성공적이어서 처음에는 스테로이드를 생산하는 현대 진핵생물의 조상을 대체했다.
끝은 토늄과 함께 왔다
그러나 10억 년에서 8억 년 전에는 이것이 변했다. 왜냐하면 토늄의 지질학적 시기에 변화가 앞바다에서 일어났기 때문이다. 이것은 또한 그 당시 생활 환경에 영향을 미쳤다. 이전에 지배적이었던 프로토스테롤 원생동물은 이러한 변화에 대처할 수 없었고 죽었다.
대신 오늘날 진핵생물의 조상이 이제 우위를 점했다. 오래된 환경 조건에서는 더 복잡하고 덜 효율적인 스테로이드 합성이 단점이었기 때문이다. 그러나 이것은 새로운 시대에 바뀌었다. 프로토스테롤과 달리 스테로이드는 더 강력했고 탈수, 저온 충격 및 삼투압 스트레스로부터 세포를 더 잘 보호했다. 연구원들은 "선진 진핵생물의 초기 대표자는 그 시대의 극한생물과 비슷했을 수 있다"고 설명했다.
환경이 바뀌자 이 진핵생물은 경쟁자인 프로토스테롤을 대체할 수 있었고 줄기군 진핵생물은 조금 후에 완전히 사라졌다. Nettersheim과 그의 동료들은 "토늄의 이러한 변화는 복잡한 생명체의 진화에서 가장 심오한 생태학적 변화 중 하나일 수 있다"고 말했다. "화석 원생 및 원시 스테롤은 따라서 중생대의 이러한 줄기 그룹 진핵생물의 잃어버린 세계에 대한 증인이다.“
(Nature, 3023; doi: 10.1038/s41586-023-06170-w)
출처: 호주 국립 대학교, Helmholtz Center Potsdam – GFZ 독일 지구과학 연구 센터
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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