GN⁺: 10억 년에 한 번 있을 진화의 사건, 두 생명체의 융합 (Merge)

(newatlas.com)

한 번도 없었던 10억 년 만의 진화 사건: 두 개의 생명체가 하나로 합쳐짐

조류인 Braarudosphaera bigelowii 가 UCYN-A라는 시아노박테리아를 흡수한 것으로 밝혀짐. 이는 진화에 있어 큰 도약이 될 수 있음.

일차 공생(primary endosymbiosis)은 한 미생물이 다른 미생물을 삼키고, 그것을 내부 기관처럼 사용하기 시작할 때 발생함.
숙주 세포는 공생체에게 영양분, 에너지, 보호 등의 이점을 제공하고, 결국 공생체는 혼자서는 살아남을 수 없게 되어 숙주의 기관, 즉 세포 내 소기관(organelle)이 됨.

약 22억 년 전, 고세균이 박테리아를 삼켜 미토콘드리아가 된 것이 첫 번째 사례임. 이는 모든 복잡한 생명체의 진화를 가능하게 했음.
약 16억 년 전, 이러한 진화된 세포 중 일부가 태양 에너지를 수확할 수 있는 시아노박테리아를 흡수하여 엽록체가 되었음. 이는 식물에게 광합성 능력과 녹색을 부여했음.

B. bigelowii 조류는 UCYN-A 박테리아를 삼켜, 공기 중 질소를 고정하고 다른 원소와 결합하여 더 유용한 화합물을 만들 수 있게 되었음. 이는 일반적인 조류나 식물이 할 수 없는 일임.
연구팀은 숙주와 공생체 사이의 크기 비율, 영양소 교환에 의한 성장 제어, 복제 및 세포 분열의 동기화 등을 통해 이것이 일차 공생임을 확인했음.
UCYN-A는 필요한 단백질의 절반 정도만 생산할 수 있으며, 나머지는 숙주 조류에 의존함. 이는 내부 소기관이 되어가는 과정의 특징 중 하나임.

일차 공생은 생명 진화에 있어 매우 중요한 사건이며, 이런 현상이 현재에도 일어나고 있다는 것은 흥미로운 발견임. 앞으로 니트로플라스트가 어떤 역할을 하게 될지 주목할 만함.
다만 이 연구 결과가 실제 농업에 적용되기까지는 아직 많은 연구가 필요할 것으로 보임. 유전자 조작을 통해 작물에 질소 고정 능력을 부여하는 것은 생태계에 예기치 않은 영향을 미칠 수 있으므로 신중해야 함.
미토콘드리아와 엽록체의 기원이 된 일차 공생이 약 10억 년 전에 일어났다는 점을 고려하면, 니트로플라스트의 진화는 아직 초기 단계일 것으로 추측됨. 앞으로 이 소기관이 어떻게 진화해 나갈지 지켜볼 필요가 있음.
이런 연구 결과는 생명체들이 서로 긴밀하게 상호작용하며 진화해 왔음을 보여줌. 다른 생물과의 공생이 새로운 능력을 획득하는 데 중요한 역할을 했음을 시사함.
일차 공생이 일어나는 메커니즘과 조건에 대한 이해가 더 필요해 보임. 이를 통해 생명 진화의 핵심적인 과정을 밝히고, 새로운 생물학적 응용 가능성을 모색할 수 있을 것임.

요약:

진핵생물의 기원이 된 최초의 공생은 10억 년에 한 번 정도가 아니라 1조 년 또는 10^20 년에 한 번 정도로 매우 드문 사건일 수 있음. 이는 복잡한 생명체가 탄생하는데 있어 큰 장벽이 될 수 있고, 페르미 역설을 설명할 수 있음.
새로 발견된 질소 고정 세포소기관의 공생은 사실 1억 년 전에 일어난 일임. 최근에 발견된 것일 뿐임.
해당 조류인 Braarudosphaera bigelowii는 12개의 오각형 판으로 둘러싸여 완벽한 정십이면체 모양을 이룸. 매우 흥미로운 생물체임.
곤충의 대부분은 유전 가능한 내부공생체를 가지고 있어, 일차 내부공생이 그렇게 희귀하다는 주장에 의문이 제기됨.
감각적인 제목의 기사이며, 실제로는 10억 년에 한 번 꼴로 일어나는 사건을 우연히 포착한 것일 수도 있지만, 대개는 그렇게 큰 영향을 미치거나 기억에 남을 만한 사건은 아닐 수 있음.
옥수수의 한 종류는 스스로 "결합" 질소를 만들어낼 수 있음.