생명의 정의마저 흔드는 대사의 <있을 수 없는 반응>(1/3)

생명의 정의마저 흔드는 대사의 <있을 수 없는 반응>(1/3)

--이어지는 보고는 생명의 기원해명의 열쇠인가--

 

 

미국 캘리포니아주의 모노호수 (Mono Lake) :본문 자료

 

세포가 먼저인가 대사가 먼저인가, 화학반응은 어느 시점부터 생명이라고 불리는가?

 

미국 캘리포니아주의 모노호수(Mono Lake)는 탄산염과 인을 풍부히 함유한 염호(鹽湖)이다. 초기의 지구에는 이런 호수가 많이 있어서 생명이 탄생하기 위한 환경을 제공했다고 생각되고 있다.

마르크스 라르사 씨는 생명의 기원을 연구할 생각은 아니었다. 씨는 주로 세포가 양분을 취하는 프로세스나 이 프로세스가 스트레스나 병에 의하여 잘 작용하지 않는 구조를 연구하고 있었다. 그러나 10년 정도 전 영국 케임브리지대학(University of Cambridge)에 재적하고 있던 씨의 팀은 전혀 우연에서 충격적인 발견을 한다.

 

라르사 씨 등은 당시 <해당계(解糖系)>를 연구하고 있었다. 해당계란 세포가 이용할 수 있는 모양이나 에너지원이 될 수 있도록 체내의 당을 분해하는 일련의 반응이다. 반응경로의 각 단계를 고감도의 기술로 추적하고 있던 씨 등은 몇 개의 반응이 <제 맘대로 일어나고 있다.>고 보이는 것에 경악했다고 한다. 반응에 필요한 분자를 몇 개가 비어있는 비교대조실험에서도 해당계의 반응의 일부는 확실히 일어나고 있었다.

다른 과학자에게서 < 그런 일은 있을 이 없다.>고 비판되었다고 현재는 영국 프란시스 크리크연구소(Francis Crick Institute＝FCI)에 재적하는 라르사 씨는 되돌아본다.

 

인간의 뇌의 뉴런(신경세포)에서 극히 단순한 세균까지 모든 세포의 중핵에는 <화학엔진>이라고 불러야 할 것이 있다.

식물을 분해하여 에너지를 내거나 혹은 거꾸로 에너지원을 부분으로 바꾸어 세포를 조립하거나 하는 프로세스 곧 <대사(代謝)>이다. 어떻든 생물에는 불가결이고 대사는 생명의 정의의 하나로서 자주 들고 있다.

해당계도 대사의 1종이다. 대사는 많은 세련된 미크로의 구조가 없다면 성립하지 않는다. 그러나 라르사 씨의 팀은 이들 화학엔진의 하나가 불가결이라고 생각되고 있던 몇 가지의 복잡한 분자가 없어도 자연으로 움직인다는 것을 발견한 것이다.

이 우연한 발견 이래 생명의 기원을 연구하는 과학자 사이에서 흥분의 파도가 퍼지고 있다. 시험관 안에서 대사반응이 일어난다면 지금부터 수십억 년 전에 심해의 화구나 육상의 온천이라는 유기물이 풍부하고 화학적 활성의 높은 장소에서도 같은 반응이 일어나고 있었던 것은 아닐까. 다시 대사반응이 생명탄생에 이어지는 일련의 일의 시작이었을 가능성마저 있을는지 모른다.

 

현재 몇 개의 연구팀이 이러한 화학엔진을 영(0)에서 만들어 내려고 하고 있다. 과학자들은 해당계만이 아니라 아득한 옛날의 세포에 최초로 출현했다고 생각되고 있는 <역구연산회로/reverse citric acid cycle）>(역 크레브스회로/reverse Krebs cycle）. 역TCA회로/reverse TCA cycle）등의 기본적인 세포과정의 일부도 재현되고 있다.

이 자극적인 새로운 연구 분야는 최초의 생명을 탄생시킨 과정에 대해서 과학자들에게 재고시킴과 동시에 오래고 새로운 물음도 내 놓았다. 그것은 <원래 생명이란 무엇인가?>라는 물음이다.

 

생명 기원의 수수께끼　

 

생명이 어떻게 해서 탄생했는가는 과학에서의 최대의 미스터리의 하나이다. 그것이 지구의 역사의 이른 시기에 일어난 것은 알고 있다. 왜냐하면 지금부터 35억 년 전 지구가 탄생해서 겨우 10 억년 후에 된 암석 중에서 미생물의 화석이 발견되기 때문이다. 그러나 어디서 어떻게 해서 생명이 탄생했는지는 불명한 대로이다.

주된 문제는 생물이 매우 복잡하다는 것이다. 가장 단순한 세균의 세포마저도 수백의 유전자와 수 천 종류의 분자를 가지고 있다. 이들 구성요소의 모두가 마치 복잡한 댄스를 춤추듯이 협조한다는 것으로 식물(食物)을 세포로 보내어 노폐물을 내고 손상을 복원하고 유전자를 복사하는 등 작용을 한다.

 

그 복잡함을 나타내는 일예가 2021년 3월 26일 부 학술지 「Communications Biology」에 발표된 논문이다. 이 연구는 가장 단순한 생물인 1089종의 세균의 DNA가 비교되었다. 독일 하인리히 하이네대학 듀에셀도르프(Heinrich Heine Universitaet Duesseldorf.) 에 재적하고 있던 생물공학자인 조아나 C, 사피엘 씨의 연구팀은 이들 세균의 최후의 공통선조에 도달하기까지 30억 년 이상의 세월을 거슬러 올라가서 모두에 공통되는 단백질 훼밀리를 찾았다. 그 결과 146의 단백질 훼밀리를 찾았다. 곧 가장 오랜 세균마저 매우 복잡해서 오랜 진화의 산물이라는 것이 밝혀졌다.

생명의 기원을 둘러싼 가설은 어느 것이나 이 복잡함을 제거하고 자연에서 발생할만한 극히 단순한 것을 상상하려고 한다. 그러나 이 원시적인 생명이 어떤 것이었는지를 추정하는 것은 곤란하다. 현대의 세포 중 어느 부분이 최초에 형성된 것일까.

 

최초로 된 것은 RNA고리와 같은 자기복제분자였다고 하는 설, 혹은 세포의 기본적인 구조로서의 지질의 <거품(泡)>이나 <앙금>이었다고 하는 설 등 많은 안이 나오고 있다. 그러나 최근 생명이 최초로 필요로 한 것은 유전자도 세포막도 아니라 화학엔진이었다고 생각하는 과학자가 증가하고 있다.*

일본어원문=生命の定義をも揺るがす代謝の「ありえない反応」、相次ぐ報告は生命の起源解明の 鍵か

출처=https://news.yahoo.co.jp/articles/