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| 모든 생물의 공통 조상 Last Universal Common Ancestor |
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| 가상의 계통수 중심의 검은색 뿌리가 여기에 해당한다. |
1. 개요
If we admit this, we must likewise admit that all the organic beings which have ever lived on this earth may be descended from some one primordial form.
따라서 유추를 통해 나는 아마도 지구에서 살았던 모든 유기체는 처음으로 생명력을 가지게 된 어떤 하나의 원시 형태로부터 유래된 것이 아닐까 하는 추론을 하지 않을 수 없다.
<종의 기원> 제15장, 찰스 다윈 원저, 장대익 옮김.
따라서 유추를 통해 나는 아마도 지구에서 살았던 모든 유기체는 처음으로 생명력을 가지게 된 어떤 하나의 원시 형태로부터 유래된 것이 아닐까 하는 추론을 하지 않을 수 없다.
<종의 기원> 제15장, 찰스 다윈 원저, 장대익 옮김.
모든 현생 인류 및 생물의 마지막 공통 조상. 흔히 영문 명칭의 약자인 루카(LUCA)[Last]로 더 잘 알려져 있다.[2][3]
1859년 찰스 다윈이 종의 기원에서 처음으로 제시한 개념으로, 현재 지구에 살아있는 모든 생물의 유전적 기원이 되는 가상의 생물(또는 생물 집단)을 의미한다. 과학계에서는 이들이 약 38억 년 전 ~ 42억 년 전, 명왕누대 말기나 시생누대 초기에 출현했을 것으로 추정하고 있다.
1.1. 오해와 진실
이름이 거창하다 보니 흔히 이것을 지구상에 태어난 최초의 생명체 그 자체로 착각하는 경우가 많다. 하지만 '모든 생물의 공통 조상'은 현존하는 생물들의 유전자를 거슬러 올라가다 보면 만나는 가장 최근의 공통 지점을 의미할 뿐, 생명의 시초는 아니다.이들 이전의 '최초의 생명체'는 생물과 무생물의 경계 어딘가에 위치했을 것으로 짐작되며, 아래에 후술할 생물학적 특징들을 완벽하게 갖추지 못했을 가능성이 크다. 또한 이들과 동시대에 살았던 다른 계통의 원시 생명체들도 존재했겠으나, 그들은 후손을 남기지 못하고 멸종했기 때문에 현재의 생태계는 오직 이 공통 조상의 후손들로만 채워지게 된 것이다.
또한 '공통 조상'이라는 단어 때문에 이것이 단 하나의 '세포(개체)'였을 것이라고 생각하기 쉽지만, 학계에서는 이를 단일 개체가 아닌 단일 집단으로 보는 시각이 우세하다. 초기 생명체들은 서로 간의 수평적 유전자 이동이 매우 빈번했기 때문에, 유전자 풀(Pool)을 공유하는 그물망 형태의 미생물 군집 자체가 공통 조상의 역할을 했을 가능성이 높다.
일각에서는 생물의 대분류가 진핵생물, 세균, 고균의 3역으로 뚜렷하게 나뉜다는 점을 들어, 마치 세포 내 공생설처럼 RNA 세계에서 각자 따로 진화하던 두 개 이상의 계통이 섞이면서 공통 조상 집단을 형성했거나, 혹은 공통 조상 자체가 단일 기원이 아닐 가능성을 제기하기도 한다.
2. 상세
이들은 모든 생물의 공통 조상인 만큼, 현재 지구상에 존재하는 생물들이 공유하는 필수적인 생물학적 특징을 모두 완성된 형태로 가지고 있었을 것이다. 이를 '유니버설 호몰로지(Universal homology)'라 하며 구체적인 특성은 다음과 같다.우선 유전적인 측면에서 이들은 현대 생물과 마찬가지로 DNA를 유전 정보의 저장소로 사용했다.[4] 이 정보를 단일 나선의 RNA로 전사하고, 리보솜을 이용해 단백질로 번역하는 센트럴 도그마 체계를 갖추고 있었다. 물론 훗날 역전사 효소 등의 발견으로 예외가 있음이 밝혀지긴 했으나, 생명 활동의 근간이 되는 이 흐름은 이 단계에서 이미 확립되었다.
이때 단백질 합성을 담당하는 리보솜은 크고 작은 두 개의 서브유닛(Subunit)으로 구성되며, 리보솜 단백질과 rRNA가 결합한 형태였다. 특히 rRNA는 단순한 골격이 아니라 촉매 반응의 핵심 역할을 담당했다. 단백질 합성에는 20가지의 표준 아미노산이 사용되는데, 이들은 모두 L-이성질체이며, 반대로 에너지원으로 쓰이는 당이나 탄소는 D-이성질체만을 사용하는 등 분자 수준의 비대칭성까지도 현대 생물과 동일했다.
대사 과정에서는 수백 개의 효소들이 촉매로 작용하여 지방, 당분, 아미노산으로부터 에너지를 뽑아내거나 합성했으며, ATP를 공통된 에너지 화폐로 사용했다. 세포 구조적으로는 물을 기반으로 한 세포질을 갖추고 있었고, 이중 지질막으로 된 세포막을 통해 외부와 내부를 구분 지었다. 또한 이온 펌프를 이용해 세포 내부의 나트륨 농도를 낮게, 칼륨 농도를 높게 유지하는 항상성 유지 기작도 존재했다. 증식 역시 세포 분열을 통한 복제 방식을 따랐다.
2.1. 서식 환경
그렇다면 이들은 구체적으로 어디서 어떻게 살았을까? 2016년 독일 하인리히 하이네 대학교 연구팀은 세균과 고균의 유전자 610만 개를 분석하여 이 공통 조상이 가졌을 것으로 보이는 355개의 유전자군을 역추적해 냈다.이 연구 결과에 따르면 이들은 산소가 없는 환경에서 수소 가스를 먹고 이산화 탄소를 배출하며 살아가는 혐기성 생물이었을 가능성이 높다. 또한 고온의 환경에서 생존할 수 있는 호열성(Thermophilic) 유전자를 다수 보유하고 있었던 것으로 밝혀졌다. 이를 종합해 볼 때, 과학자들은 모든 생물의 공통 조상이 뜨거운 물과 수소 가스가 뿜어져 나오는 심해의 열수구 근처에서 서식했을 것으로 추정하고 있다.
3. 관련 문서
[Last] Universal Common Ancestor[2] LUA(Last Universal Ancestor)라고도 불린다.[3] 엄밀히 말하면 '지구 생물'의 공통 조상이므로 Universal 대신 Terrestrial을 써야 한다는 의견도 있다. 하지만 아직 외계 생명체가 발견되지 않았으므로 관습적으로 Universal을 사용한다.[4] 다만 구조적으로 효소 역할을 겸할 수 있는 RNA를 기반으로 하는 것이 초기 생명체에게 더 유리했을 것이라는 점 때문에, 공통 조상 혹은 그 직전 단계가 RNA 기반이었을 가능성도 열려 있다.