학문
변이 후 안전적인 정착세포가 신종의 생성까지
복제 이후 합성까지…
자연의 불완전성에서 지금의 대기 안정화된 상태에서의 새로운 다세포로 이루어진 종이 나타날 수 있을까요?
소비되는 생체 자원으로는 원시생물이 다시 필요할까요?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
자연에서 모든 생명체는 불완전한 복제에서 비롯되는 돌연변이를 통해 끊임없이 변이를 만들어 내고, 그중 환경에 더 적합한 형질만이 자연선택을 통해 살아남아 축적되면서 장구한 시간에 걸쳐 새로운 종으로 분화합니다.
원시 지구는 산소가 거의 없고 화학적으로 환원적인 환경이었으며, 강한 자외선, 화산 활동, 번개와 같은 에너지원이 풍부하여 단순 유기물이 자연적으로 합성될 수 있는 조건을 갖추고 있었는데요 이 과정에서 자가복제 분자, 원시 세포, 단세포 생명체, 그리고 다세포 생명체로 이어지는 긴 진화 경로가 열릴 수 있었습니다. 반면 오늘날의 지구는 산소가 풍부하고, 이미 수많은 미생물과 생명체가 모든 생태적 공간과 자원을 점유하고 있어, 설령 새로운 원시 생명체가 자연적으로 만들어진다 해도 곧바로 분해되거나 경쟁에서 밀려 정착하지 못하게 됩니다. 그렇기 때문에 현대 지구에서 새롭게 나타나는 다세포 생물은 이미 존재하는 생명체가 유전적 변이를 축적하고 환경에 적응하는 과정에서 계통이 갈라지며 형성됩니다. 단세포 생물이 협력과 분화를 통해 다세포화되거나, 기존 종이 생식적으로 격리되어 새로운 종으로 분화하는 것처럼, 모든 새로운 생명은 기존 생명의 연장선 위에서만 등장합니다.
따라서 원시생물은 생명의 출발점이었을 뿐, 지금의 생명 유지에 필수적인 존재는 아닙니다. 감사합니다.
채택된 답변안녕하세요. 김홍준 전문가입니다.
변이와 안정을 거쳐 새로운 종이 탄생하는 과정은 생명 역사상 가장 경이로운 부분입니다. 질문하신 "현재의 안정된 환경에서도 새로운 다세포 종이 나타날 수 있는가"에 대해 현대 진화 생물학적 관점에서 답변해 드립니다.
1. 현재의 안정된 대기에서도 '신종'은 나타날 수 있는가?
결론부터 말씀드리면 "네 가능합니다" 진화는 거대한 환경 재앙이나 대기의 급격한 변화가 있을 때만 일어나는 것이 아닙니다.
• 미세 진화의 축적: 환경이 안정되어 보여도 개체군 내에서는 끊임없이 유전적 변이가 일어납니다. 이러한 미세한 변화가 수만 년간 축적되고 지리적 격리나 생식적 격리가 발생하면 종 분화(Speciation)를 통해 새로운 종이 출현합니다.
• 적응 방산: 현재의 안정된 환경 내에서도 특정 먹이 자원이나 서식지를 선점하기 위해 생물은 끊임없이 분화합니다. 인위적인 환경 변화(도시화 등)에 적응하며 유전적으로 분리되는 사례들이 현대에서도 관찰되고 있습니다.
2. 새로운 종을 위해 '원시 생물'이 다시 필요할까요?
질문자님께서 말씀하신 '소비되는 생체 자원으로서의 원시 생물'은 두 가지 측면에서 해석할 수 있습니다.
• 진화의 재료로서: 새로운 종은 무(無)에서 갑자기 나타나지 않습니다. 이미 존재하는 유전적 자원을 바탕으로 수정과 보완이 일어나는 과정입니다. 따라서 원시적인 형태의 유전자나 단순한 구조의 생물은 새로운 복잡성을 만들어내기 위한 기초 설계도로서 항상 존재하며 역할을 합니다.
• 생태계 유지의 기반: 모든 다세포 생물은 미생물이나 원생생물 같은 하위 영양 단계의 생물군 없이는 생존할 수 없습니다. 즉, 새로운 종이 나타나 안착하기 위해서는 이들을 뒷받침할 기초 생태적 자원(원시 생물군)이 필수적으로 유지되어야 합니다.
3. 현대 진화의 핵심: 안정 속의 변화
지구의 대기가 안정화되었다는 것은 생물이 생존하기 위한 기본 조건이 갖춰졌음을 의미합니다.
• 과거 지구 초기처럼 생명 탄생(Abiogenesis)을 위한 원시 환경이 다시 필요한 것은 아닙니다.
• 이미 풍부하게 존재하는 다세포 생물들의 유전적 다양성이 현재의 안정된 대기 속에서 새로운 조합을 만들어내며 인류가 인지하지 못하는 속도로 지금 이 순간에도 진화는 계속되고 있습니다.
먼저 새로운 다세포 종이 자연적으로 나타날 수 있을까에 대해 결론부터 말씀드리면, 이론적으로는 가능하지만 생태적 빈틈이 거의 없습니다.
자연의 복제 과정에서 발생하는 돌연변이는 말씀하신 '불완전성'의 핵심인데, 이 불완전성이 있어야만 새로운 형질이 나타납니다.
그런데 원시 지구의 불안정한 대기는 강력한 에너지로 화학적 진화를 촉진했습니다. 반면, 지금처럼 산소가 풍부하고 안정된 대기는 생명체에게 보수적인 환경이기 때문에 급격한 변화보다는 현재의 생존 전략을 유지하게 만듭니다.
게다가 새로운 다세포 종이 출현하려면 생태계의 한 자리를 차지해야 하지만 이미 지구상의 모든 환경에서 최적화된 기존 생물들이 선점하고 있어 갓 태어난 새로운 종이 이들과의 경쟁에서 살아남기는 매우 어렵습니다.
또 다세포 생물은 결국 수많은 세포의 협력체입니다. 새로운 다세포 종을 합성하거나 진화시키려면, 가장 기초적인 대사 과정을 수행하는 원시적 세포 구조가 필요합니다.
원시생물은 유기물을 분해하고 질소를 고정하는 등 생태계의 기초를 담당합니다. 만일 새로운 종이 나타나더라도 이들이 먹고 자랄 기초을 만드는 것은 결국 박테리아와 같은 원시적 생명체들의 몫입니다.
현재 지구의 대기 안정화 상태와 기존 생태계의 점유율을 고려하면 과거와 같은 방식의 새로운 다세포 종 출현은 가능성이 희박하며 현대의 고도화된 포식 관계와 생존 경쟁이 초기 다세포 생명체의 정착을 저지합니다. 변이와 복제를 통한 새로운 합성 생명의 탄생은 이론적으로 가능하나 이미 최적화된 기존 종들이 모든 생태적 지위를 선점하고 있어 자원을 확보하며 독립적인 계통을 형성하기에는 환경적 압박이 매우 큽니다. 소비되는 생체 자원 측면에서 원시 생물은 에너지 순환의 기초 토대로서 여전히 필수적이지만 새로운 종의 생성을 위해 반드시 태초의 원시 생물이 다시 출현해야 할 필요는 없으며 기존의 미생물 군집이 그 역할을 대체하고 있습니다. 자연의 불완전성은 여전히 변이를 일으키는 동력이지만 현재의 안정된 산소 농도와 환경 조건은 거대한 진화적 도약보다는 기존 종의 세부적인 분화에 더 유리한 구조를 형성하고 있습니다.