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시험관에서 재현한 원시 생명의 탄생
원시 지구의 웅장한 드라마 - 생명 창조의 기적을 재현하였다.지구에 사는 모든 생명의 근원인 최초의 생명은 어떻게 하여 탄생하였는가? 생명 탄생의 기적을 해명하기 위해 실험실에서 생명의기운과 진화의 시나리오를 쟇ㄴ하려는 노력이 진행되고 앴다. 이미 아미노산 등의 '생명의 소재'는 합성되었고,자기 자신을 복제하는 단백질 입자를 만들 수도 있게 되었다. 지금부터 30여 억년 전의 원시 지구에서 일어난 생명 탄생의 드라마, 그 시나리오가 지금 서서히 밝혀지고 있다. 1924년 구 소련의 생화학자 오파린(Opain;1894-1980)은 생명의 기원에 대한 새로운 생각을 제창하였다.그 는 처음에 무기물에서 간단한 유기물이 생겼고, 그 후 생물의 몸을구성하는 복잡한 유기물이 생겼다고 생각하였다. 또한 드것들이 모여 긴 세월이 흐르는 동안 진화하여 생명의 탄생에 이르었다고 하였다. 오파린은 이 과정을 '화학 진화'라고 불렀다. 그로부터 4년 후, 영국의 생물학자 홀데인(J. Holdane;1892-1964)은 '원시 수프'설을 제창하였다.. 원시 대기에 태양으로부터의 자외선이 내리쬐어 단백질의 재료인 아미노산이나 당과 같은 유기물이 합성된다. 그것이 원시의 바다에 축적되어 따뜻한 수프처럼 되고, 생명이 그 수프에서 탄생하였다는 것이다. 오파린이 화학 진화의가설이 발표되고 약 30년이 흐른 1953년, 시카고 대학위 밀러는 그의 스승인 유리(H. Urey;1893-1981)가 상정한 원시 대기 모델인 메탄, 암모니아, 수소, 수증기의 혼함 기체에 불꽃 방전을 일으켰다. 그 결과 생물의 몸을 만드는 단백질에 꼭 필요한 7종류의 아미노산이 생긴다는 것을 알았다. 이 실험으로 원시대기와 같은 간단한 물질에 에너지를 주면 아미노산 등 '생명의 소재'가 되는 분자가 비교적 간단하게 합성된다는 것이 처음으로 증명되었다. 밀러의 실험 이래, 많은 염구자에 의해 시험관에서 생명의 소재를 합성하기 위한 여구가 행하여 왔다. 그 결과 생명의 소재인 아미노산이나 DNA의 구성물질인 염가가 간단히 만들어진다는 것을 알게 되었다. 이러한 생명의 소재를 합성시킨 에너지원은 자외선이나 번개, 우주선, 해저의 열수 분출공이나 화산의 열 등이다, 아미노산이나 염기는 운석 등에도 존재하는 것으로 알려져 있다. 생명의 소재는 우주에 보편적으로 존재하는 물질이다. 문제는 이러한 소재에서 어떻게 DNA나 단백질 등이 합성되고 생명이라고 부를 수 있는 것이 태어났는가 하는 것이다.
물질이 생명이 되기 위한 조건생명이란 어떤 것인가> 생명은 4가지의 특성을 가진다. (1)생명체의 안과 밖을 구분하는 막 구조를 가진다, (2)자기 유지를 할 수 있다, (3)자기 복제를 할 수 있다, (4)진화할 수 있다는 특성을 갖는다. 막 구조는 단백질과 지지ㅣㄹ로 이루어진 세포막이다. 자기 유지, 다시 말해서 밖에서 들어온 물질을 에너지로 바꾸는 대사 기능은 '효소'라 불리는 단백질의 촉매에 의해 지탱되고 있다. 오믈날 생물에서의 자기 복제는 DNA의 유전 정보에 기초를 두고 실시된다. 그리고 진화는 DNA와 같은 핵산의 돌연 변이와 그에 이어지는 자연 도태에 의해 진행된다. 지구상의 생물은 이러한 갖춘 물지로 조립되어 있다.
자기 복제하는 입자가만들어 졌다.현재의 생물의 세포막은 단백질과 지질로 이루어져 있다. 원시의 바닷속에서 단백질과 지질 막이 제각기 진화하여 합체되었다고 생각할 수 있다. 연구자들은 단백질 막을 가지고 자기 복제를 하는 입자를 합성하는 데 성공하였다. 우선 원시 바다 환경을 흉내낸 모의 바닷물을 만들었다. 또 수억 년에 이르는 생명의 진화 과정을 실험실에서 재현하기 위해, 화학 진화의 촉매가 되는 원소 농도를 1,000-10,000 배로 하여 실험하였다. 그안에 9종류의 아미노산을 녹여 가열하면 지름 0.3-2.5 um의 동그란 입자가 생긴다. 이 입자는 바다 환경에서 만들어진 입자라는 뜻에서 'Marine Granule'이라고 불렀다. Marine granule은 바깥과의 경게에 단백질로 된 세포막 같은 구조를 가지며, 안쪽에는 자기 촉매를 하는 단백질이 들어 있다. 이 단백질의 작용으로 '바다 입자'는 자기 복제를 한다. 처음에는 천천히 증식하다가 어느 정도 시간이 지나면 급격하게 늘어나기 시작한다. 이것은 '바다 입자' 자신이 촉매가 되어 가지 복제를 촉진하고 있다는 증거이다. 그리고 많은 '바다 입자'는 효모처럼 잘아하여 여러개의 입자가 연결된 구조를 형성한다. 이처럼 원시 지구에서 일상적으로 존재했다고 생각되는 물질에 에너지를 가하면 복제 능력과 막 구조를 갖춘 단백질이 생긴다는 것을 알았다. 아마도 생명 탄생의 초기 세포는 이러했을 것이다.
한편 스위스와 프랑스의고분자 화학자들은 지질의 막을 가진 원시 세포 모델로서 '미셀'을 합성하고 있다. 미셀이란 바깥쪽이 물과 친하고,안쪽이 기름과 친한 분자의 집합체이다. marine granule과 마찬가지로 미셀도 원시 바닥속에서 원시적인 막 구조가 최초로 태어나, 마침내 '바다 입자'어ㅏ 합체하여 단백질과 지질로 이루어진 고도의 세포막으로 진화해 나갔을 것이다.
시험관 안에서 진화를 재현한다.생명의 4가지 특성 중, 네 번째의 '진화'를 재현하려는 연구도 진행되고 있다. 최근 RNA도 단백질의 도움을 받지 않고 스스로 효소와 같은 촉매 작용을 할 수 있다는 것을 알게 되었다. 이처럼 자기 촉매 기능을 가진 RNA는 '리보자임'이라 불린다. 만일 원시의 RNA가 복제 반응을 촉매할 수 있었다면,, 유전 정보와 촉매 기능이라는 1인 2역의 작용을 가진 그 분자는 '원시 생명'이라 불릴 만한 자격을 가지고 있었다는 것이 된다. 원시의 바다 속에서 RNA가증식하고 진화하여, RNA만의 세계인 'RNA World'를 만등어 낼 수 있었다고 생각된다.RNA가 진화하는 과정을 재현하기 위해, 미국 쇼스택 팀은 어떤 연구를 하고 있다. 진화의 과정을 인위적으로 초고속으로 반복하는 '진화 분자 공학'이라는 수법이다. 이것은 많은 변이 종을 무작위로 만들어, 그안 에서 어떤 조건을 만족하는 것만을 골라 몇 차레의 증식 과정을 되믈이 하는 것이다. 그 팀은 염기를 완전히 무작위로 배열한 1015종의 RNA를 만들었다. 그리고 그 안에서 뉴클리오타이드를 연결하여 RNA의 증식을 촉매하는 능력을 갖춘 새로운 리보자인을 골라 내는 데 성공하였다. 이 리보자임은 현재의 생명이 가진 리보자임의 일종과 비교하면 아직 10만분의 1의 연결 능력밖에 없다. 그러나 이것을 개량하면 더욱 높은 연결 능력을 갖춘 것으로 '진화'할 가능성이 있다.
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