고세균과 진핵생물의 유사성이 생물의 진화적 계통 관계에 시사하는 바는?

Question

안녕하세요. 신기하게도 고세균은 원핵생물이지만 유전자 발현 과정은 오히려 진핵생물과 유사한 점이 있고 유연관계도 더 가깝다고 하던데 이 사실은 생물의 진화적 계통 관계에 대해 무엇을 시사할까요?

Answer 1

안녕하세요.

말씀해주신 것처럼 고세균이 형태적으로는 원핵생물임에도 불구하고, 유전자 발현 시스템에서는 진핵생물과 더 유사합니다. 원래 생물은 핵의 존재 여부에 따라 원핵생물과 진핵생물로 나뉘어 왔고, 고세균 역시 세균과 함께 원핵생물로 묶여 왔습니다. 그러나 분자생물학이 발전하면서 rRNA 염기서열, 전사와 번역 관련 단백질, RNA 중합효소 구조 등을 비교한 결과, 고세균은 진정세균보다 오히려 진핵생물과 더 많은 공통점을 가진다는 사실이 드러났습니다. 예를 들어 고세균의 RNA 중합효소는 구조와 작동 방식이 진핵생물의 RNA 중합효소 II와 매우 유사하며, 전사 개시 인자와 가까운데요, 이는 단순한 수렴 진화로 설명하기 어려운, 공통 조상으로부터의 계통적 연속성을 보입니다.

이러한 발견을 바탕으로 Carl Woese는 생물을 세균, 고세균, 진핵생물의 세 영역으로 구분하는 새로운 계통 체계를 제안했는데요, 이 체계는 고세균과 진핵생물이 하나의 공통된 조상 계통에서 갈라졌으며, 세균은 그보다 더 이른 시점에 분기한 독립적인 계통이라는 점을 나타냅니다. 즉, 고세균은 세균의 한 종류가 아니라 진핵생물의 출현과 직접적으로 연결된 자매 계통에 해당한다고 보시면 됩니다. 감사합니다.

Answer 2

말씀대로 고세균은 외형적으로는 핵이 없는 원핵생물의 모습을 하고 있지만, 유전 정보를 처리하는 방식은 진핵생물과 놀라울 정도로 닮아 있죠.

이는 가장 먼저 공통 조상에서 분화되었다는 의미로 볼 수 있습니다. 즉, 생명체는 세균이 먼저 갈라져 나간 뒤, 고세균과 진핵생물의 공통 조상이 나중에 분화되었다는 것입니다.

또한 진핵생물이 별개의 조상에서 나온 것이 아니라, 특정 고세균 집단에서 파생되었을 가능성이 있으며, 진핵생물 자체가 고세균의 유전 체계와 세균의 에너지 대사가 결합하여 탄생한 거대한 융합체라는 의미이기도 하죠.

설명을 드리고 나니 좀 어려워 보이기도 하는데, 요약하자면 고세균의 존재는 진핵생물은 고세균으로부터 유전적 핵심 기능을 물려받은 상당히 특별한 후손이라는 점이 가장 큰 시사점이라 할 수 있습니다.

Answer 3

고세균이 유전자 복제와 단백질 합성 기제에서 진핵생물과 유사성을 보인다는 사실은 세균과 고세균 그리고 진핵생물이라는 세 영역의 계통 중에서 고세균과 진핵생물이 공통 조상으로부터 더 최근에 갈라져 나왔음을 입증하며 이는 진핵생물의 기원이 고세균에 가깝다는 증거로 활용됩니다.