원시생명체

 

 

 

 

 

      

2013 08 19 지구과학/생물 보고서-원시 생명체 ‡‡ Report ‡‡ / 칸의 낙원 2013/10/29 23:34   http://blog.naver.com/umsy5253/30178551805 전용뷰어 보기 지구과학 수행평가 - 오존층의 여부와 자외선의 영향에 따른 생물권의 변화 나에게 하는 질문과 스스로의 대답. 自問自答       <초기 지구에는 오존층이 존재하지 않아, 대량의 자외선이 지표에 도달하였다. 따라서 육지에 생명체가 존재하기 힘든 상황이었다. 최초의 생명체는 바다에서 탄생한 남조류 등 이다.>     교과서에 나온 이야기이다. 나는 이 ‘최초의 생명체’에 대해 1년 전 쯤부터 곰곰이 생각해오고 있었다. 난 생각했다. “정말 오존층이 형성된 후 자외선이 차단됨으로 인한 생물권의 변화가 육상으로의 진출뿐인 것 일까?” 또, “남조류 이전의 생명체들은 없었을까?” 자외선은 세포와 단백질들을 파괴한다고 들었다. 그렇다면 원시 생명체들 가운데 밝혀지지 않은 생명체들이 있지 않을까 하는 의문이 든다. 자외선에 의해 핵과 다른 성분들이 파괴된 세포라든지 혹은 번식을 하지 못해 나타난 지 얼마 안가 사라져버린 생물이라든지 말이다. 생명체는 작고 단순한 생물로 시작해서 크고 복잡한 생물로 진화한다고 배웠다. 남조류나 원시 생명체의 기원으로 제안되는 코아세르베이트, 마이크로스피어보다 더 간단한 구조를 가진 유기적 결합물들은 없었을까? 궁금증은 꼬리에 꼬리를 물고 이어진다. 만약, 자외선이 애초에 존재하지 않았던 광선이었다면? 자외선뿐만 아니라 우주선이나 태양풍과 같이 다른 유해한 광선이 존재했다면? 그 유해한 광선이 오존층으로 차단되지 않고 지표면에 고스란히 도달했다면? 오존층보다 자기권이 더 늦게 형성되었다면? 자외선의 파장이 물 분자 사이의 파장과 달라서 물이 자외선을 잘 흡수하지 못해 해저 깊은 곳 까지 자외선이 도달하여 원시의 세포들과 단백질들을 파괴했더라면?    파장이 짧은 자외선은 살균 작용을 한다. 만약 파장이 300~400nm인 근자외선들만 존재했었다면? 자외선이 방사능 입자들을 포함하고 있어 지구에 도달하자마자 다른 생명체들의 유전자적 변형을 일으켰다면? 남조류들의 광합성 량이 매우 커서 더 빠른 속도로 산소의 양을 증가시켰다면? 오존층이 더 빠르거나 느리게 형성되었다면? 만약 원시 지구의 상황이 이러했다면 지구상 생물권의 변화는 어떠한 식으로 이루어졌을까      우선 첫 번째, 자외선이 애초에 존재하지 않았던 광선이었다면 초기의 생명체들의 서식지가 물 속으로만 제한되지 않았을 것이다. 또, 얕은 물로 투과되는 자외선이 없으므로 그 당시 그곳에 살고 있던 남조류의 피해가 사실과 비교해 보다 적었을 것이라 생각된다. 자외선이 존재하지 않고 자외선보다 더 강한 에너지를 방출하는 태양이었더라면 그 에너지를 견뎌내도록 생물체는 진화했을 것이고, 반대로 자외선보다 더 약한 광선들뿐이었다면 이것도 그와 마찬가지로 자외선보다도 약한 에너지로 물질대사에 필요한 다른 에너지를 합성하고 살 수 있도록 진화할 것이다.       다음, 자외선뿐만 아니라 생물에 대해 파괴력을 가지고 있는 다른 유해한 광선이 존재했다면, 그리고 그것들이 지구 외권, 또는 오존층 등에 걸리지 않고 지표에 그대로 도달했다면 유해 광선들이 세포의 핵을 파괴하여 살 수 없게 하거나 돌연변이를 형성할 것이다. 또, 단백질 합성을 방해하여 원시 생명체의 물질대사를 원활히 할 수 없게 가로막을 것이다. 지구 외부로부터 날아오는 중성자들이 동물들의 DNA를 파괴할 수도 있고, 방사성 입자를 가진 유해광선의 경우, 원시생물체의 대부분이 돌연변이가 일어나 약한 개체는 그 순간 멸종해버리고 원시 생태계는 완전히 파괴되었을 것이다.       오존층보다 자기권이 더 늦게 형성되었다면 자기권까지 완전히 형성된 다음에야 생물체들이 육지로 진출했을 것이다. 자기권이 있어야 태양풍과 여러 우주 유해 물질들이 차단되는데, 그 물질들이 그대로 지구로 쏘아진다면, 그 상황은 현재 밝혀진 지구 초기의 역사에 자기권과 오존층 생성 이전의 시기와 별다를 것이 없을 것으로 여겨진다. 하지만 어쩌다 자기권이 없어도 살 수 있도록 진화하는 생물체가 수중 수면 가까이까지 올라갈 수도 있을 것이다. 그런데 자기권이 없으면 지구의 수권이 우주에서 날아온 미세 물질들과 계속 충돌하여 분자들의 진동이 커져 마치 거대한 전자레인지 속과 같은 현상이 일어날 것이다.       다음은 자외선 파장의 길이에 따른 해저 생물체들 진화의 양상. 자외선의 파장이 물 분자 사이의 파장과 달라서 해를 입혔다면 당연히 위의 상황과 같이 자외선에서도 살아남도록 진화하였을 것이다. 99.999%가 죽어도 0.001%는 살아남아서 100%를 채우고 현재 우리도 이런 확률을 여러 번 거쳐서 살아남은 유전자가 우리를 이룬 것이다. 여기서 떠오르는 한 가지 생각. 원시 생명체들은 단세포 생물인데다가 유전자조합도 다양하지 않아서 적응과 진화가 힘들 텐데, 전멸하지 않을까? 조금만 더 생각해보니, 이에 대한 대답은 의외로 우리 주변에서 쉽게 찾아낼 수 있었다. 바이러스나 세균의 예를 들어보면, 그것들도 단세포 동물에, 아예 유전자만 덩그러니 내놓고 다니는데도 잘 살아서 타 생물체들을 병들게 한다. 이유는 돌연변이가 매우 쉽게 일어나서 그런 것인데, 돌연변이들 중에서도 좋은 유전자가 살아남게 되고, 그것이 진화가 되는 것이다. 참고로 에이즈의 경우는 거의 개체마다 유전자가 다를 정도로 돌연변이와 진화가 활발하게 일어난다. 이런 것들을 통해 진화를 통해 아무리 혹독한 상황에서도 살아남는 생물체들은 존재한다는 것을 알 수 있다.      파장이 짧은 자외선의 살균 작용은 파장이 긴 자외선보다 1000~10000배 가량의 효과가 있는데, 만약 파장이 300~400nm정도로 긴 근자외선들만 존재했었다면 원시 생물체들의 파괴정도가 실제보다 현저히 줄어들었을 거라 생각한다. 이 경우에는 앞의 여러 경우들과는 다르게 생물 종의 다양성이 증대되는 경우인데, 이처럼 행성 표면을 생명체들의 가득 메우다가도 서로 경쟁하느라 스스로 개체수가 줄어들 것이다. 하지만 여러 종의 생물체들의 각각의 진화와 돌연변이를 거쳐 오랜 시간이 지난 뒤, 지구의 생물권은 현재보다 더 방대한 종류를 자랑할 것이라고 생각된다. 물론 각 권의 상호작용으로 타 권에도 현재와 비교해 아주 많은 변화가 일어날 것이다.      만약 자기권과 오존층이 형성되기 전 외부와의 상호작용에서 미확인 방사성 입자들의 80%가 지구에 도달하자마자 다른 생명체들의 유전자적 변형을 일으키고, 이와 동시에 변형된 세균으로 인한 질병이 퍼졌다면? 또, 이러한 방사능들이 지표에 대하여 어떤 영향을 끼쳤을까? 생물 책을 참고하여 봤을 때, 방사성 입자들로 인해 대부분의 세포들은 세포주기 조절능력을 잃고 암세포 등으로 변하고 타 생물들을 암에 걸리게 할 것이며, 단세포 같은 경우에는 금방 죽어버릴 것이다. 하지만 만약 그 입자들이 천천히 오랫동안 뿜어졌다면 이 경우 또한 거기에 적응하도록 생명체들은 진화할 것이다. 그런데 방사선은 그것에 노출된 물질의 상태를 불안정하게 하므로 지구 표면이 방사능에 오염이 되어 생물체의 서식지가 육지로 진출하게 되는 데 더 오랜 시간을 필요로 했을지도 모른다.      남조류들의 광합성 량이 매우 커서 실제보다 더 빠른 속도로 해수 속 산소의 양을 증가시켰다면 육상 생물의 출현 시기는 더 앞당겨 져서 생물의 진화과정이 실제보다 더 길었을 것이다. 이 현상에 대해 조사하던 중 어떤 사람의 의견은 현 대기 중 산소농도가 21%라서 이보다 높거나 낮은 농도의 산소는 생물체에 해롭다고 하였다. 이 의견에 대해 나는 뭔가 잘못되어있다고 생각했다. 산소가 더 빨리 축적될수록 더 빠른 시기로의 육상생물 출현이 가능할 텐데, 만약 이렇게 생물들이 육지로 더 빠르게 나타나면 단지 시기만 앞당겨졌을 뿐이지 산소의 농도는 일정할 것이라는 생각을 했다. 물론 더 오랜 시간동안의 광합성으로 대기 중 산소의 농도가 일시적으로 증가할 수도 있을 것이다. 하지만 지구상의 산소원자가 포화상태에 이르면 산소를 소비하는 생물체들이 더 빨리, 더 많이 나타나게 되고, 산소원자들의 결합을 통해 오존층이 더 빨리 등장하며 지금보다 더 두꺼워 졌을지도 모른다. 이로써 높아졌던 산소의 농도가 감소하며 적당량을 이루게 되고 이 결과는 아마 내가 생각했던 여러 경우들 중 가장 이상적인 결과로 나오지 않았으려나 하는 생각이다.      마지막 궁금증으로 오존층의 형성 시기에 따른 생물권의 변화. 첫 번째 오존층이 사실보다 더 일찍 형성되었다면 자외선이 차단되어 더 일찍 육상생물이 출현했을 것이다. 반대로 오존층이 사실보다 더 늦게 형성되었다면 자외선이 차단되는 시기가 늦어져 더 늦게 육상생물이 출현하고, 진화에 필요한 시간이 현재 생물상태에 도달하기까지는 부족할 것이라 생각된다.       이처럼 여러 가지 경우가 나오고, 그에 따른 결과도 여러 갈래로 나뉘었다. 하지만 공통적인 결론이 다수 있다. 아무리 힘든 상황이어도 생물체는 그것에 맞춰 살아갈 수 있도록 진화한다는 점과, 그 주변 환경에 따라 오랜 시간이 지난 후 진화 정도가 달라지며, 환경은 생물의 종류와 개체수 뿐만 아니라 다른 지권, 수권, 기권 등등 많은 분야에서 시간의 흐름에 따라 방대한 영향을 미친다는 점이다. 생물은 그렇게 호락호락하게 힘든 환경에 넘어가 꺾이지 않는다. 이 얼마나 굳센 의지인가!       수십억년 동안 진화해온 지구 생태계의 신비함은 한가지 주제로도 많은 질문을 이끌어낼 정도로 비밀스럽고 웅장하다. 자세히 파고 들어갈수록 궁금증이 높아지고 여러 갈래로 나뉘어지는 호기심들을 이런 글을 씀으로써 하나하나 시원스럽게, 그러나 자세하고 만족스럽게 풀어나갈 수 있었다. 여러 가지 자료 조사를 통해 자연스럽게 알게 된 새로운 사실들이 너무나 반가웠고, 지구과학에 대한 흥미를 높일 수 있어서 아주 유익했던 과제였던 것 같다.       잘못된 부분 지적 환영 지구과학, 생물, 원시생명체, 자외선, 생태계, 지구, 과학, 보고서, 개인, 과제