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[명강리뷰] 생명의 기원, 그리고 세포내 공생을 통한 식물의 진화(2) _ by윤환수｜2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들' 6강

광합성은 흔히 육상 식물의 전유물로 여겨지지만, 실제로는 김이나 미역 같은 해조류를 포함해 매우 다양한 생물군에서 일어납니다. 현재 지구상에는 약 10여 종의 서로 다른 엽록체가 존재하며, 이들은 모두 약 32억 년 전 대기 중 산소 농도를 높였던 남세균에서 기원했습니다. 아주 오래전 시작된 이 작은 생명체와의 만남은 세포 내 공생이라는 독특한 과정을 거치며 오늘날 우리가 마주하는 다채로운 생태계의 근간을 마련했습니다. 세포 내 공생은 먼 과거의 일만이 아니라 지금 이 순간에도 우리 주변에서 관찰되는 현상입니다. 연못의 아메바나 짚신벌레 내부에는 광합성을 하는 플랑크톤이나 녹조류가 공생하고 있으며, 바다민달팽이는 조류를 섭취한 뒤 그 엽록체를 몸에 축적해 스스로 에너지를 만들어내기도 합니다. 이러한 상리공생의 패턴은 생명체가 환경에 적응하고 생존하기 위해 얼마나 창의적인 전략을 선택해 왔는지를 잘 보여주는 사례라고 할 수 있습니다. 린 마굴리스 등이 제안한 세포 내 공생설은 미토콘드리아와 엽록체의 기원을 박테리아에서 찾습니다. 광합성을 하지 못하던 진핵생물이 남세균을 삼킨 뒤, 이를 소화하는 대신 영구적인 공생 관계를 맺으며 세포 소기관으로 진화시켰다는 것입니다. 이 과정에서 남세균의 유전자가 숙주 세포의 핵으로 이동하면서 세포의 폭발적인 증식을 조절하게 되었고, 이는 단순한 공생을 넘어 하나의 통합된 생명체로 거듭나는 결정적인 계기가 되었습니다. 1차 내공생으로 탄생한 광합성 생물들은 다시 한번 다른 생물과 결합하는 2차, 3차 내공생 과정을 거치며 그 범위를 확장했습니다. 은편모조류의 세포 안에서 발견되는 핵소체는 과거 홍조류가 가졌던 핵의 흔적으로, 이는 마치 러시아 인형인 마트료시카처럼 생명체 안에 또 다른 생명체의 기록이 겹겹이 쌓여 있음을 증명합니다. 이러한 복잡한 진화 과정을 통해 광합성 능력은 여러 그룹으로 전파되었고, 지구 생물 다양성은 비약적으로 증가했습니다. 비교적 최근인 약 1억 2천만 년 전 발생한 폴리넬라의 사례는 세포 내 공생의 진화 과정을 실시간으로 보여주는 소중한 단서입니다. 폴리넬라는 남세균을 획득하여 독립 영양 생물로 변모하는 중간 단계의 특징을 고스란히 간직하고 있습니다. 결국 세포 내 공생은 단순한 결합을 넘어 생물의 다양성을 폭발시키는 진화적 촉매제 역할을 해왔습니다. 무기물에서 유기물을 창조하는 이 경이로운 여정은 지금도 지구 곳곳에서 계속되고 있습니다.

카오스재단명강리뷰&질문Q

[석학인터뷰] 서민아_ 똑똑해지고 싶다면? 당장 밖으로 나가세요! | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

뇌는 우리 몸의 모든 명령을 총괄하는 중앙 제어 장치로, 컴퓨터의 핵심 부품인 CPU와 같은 역할을 수행합니다. 문명이 고도로 발달하고 인간의 요구가 다양해짐에 따라 우리의 뇌는 그에 맞춰 끊임없이 진화해 왔습니다. 마치 최신 컴퓨터가 더 높은 성능의 CPU를 필요로 하듯, 복잡해지는 사회적 환경과 정보의 홍수 속에서 인류는 더 효율적인 명령 체계를 갖추기 위해 뇌를 발달시켜 온 것입니다. 이러한 진화적 관점에서 볼 때, 뇌의 성장은 단순히 생물학적 변화를 넘어 인류 문명의 발전과 궤를 같이하는 필연적인 과정이라고 할 수 있습니다. 생물학적 관점에서 뇌는 심장이나 근육과 마찬가지로 우리 몸을 구성하는 중요한 장기 중 하나입니다. 특히 뇌세포와 혈관 사이의 상관관계는 뇌 기능을 결정짓는 핵심적인 요소로, 원활한 혈액 공급을 통해 산소와 영양분이 충분히 전달되어야만 뇌가 제 기능을 발휘할 수 있습니다. 실제로 운동을 통해 신체의 혈액 순환을 촉진하면 뇌 기능이 향상된다는 사실은 여러 연구를 통해 입증되었습니다. 예를 들어, 학생들에게 수업 전 체육 활동을 장려했을 때 학습 효율이 눈에 띄게 높아진다는 결과는 신체 활동이 뇌의 인지 능력을 깨우는 데 얼마나 중요한지를 잘 보여줍니다. 의식의 존재와 그 보편성에 대한 탐구는 우주적 관점에서도 매우 흥미로운 주제입니다. 만약 외계 생명체가 존재한다면, 그들 역시 생존을 위해 영양분을 섭취하고 움직임을 제어할 중앙 제어 장치를 가지고 있을 가능성이 큽니다. 이러한 구조적 유사성은 의식이라는 현상이 우주 어디에서나 적용될 수 있는 보편적 원칙에 기반하고 있음을 시사합니다. 나아가 우리는 인간뿐만 아니라 해조류와 같은 다른 생명체에게도 뇌와 유사한 기관이 존재하는지, 그리고 이를 통해 생명체 간의 소통이 가능한지에 대한 근원적인 질문을 던지며 생명의 신비를 새롭게 바라보게 됩니다.

서민아

카오스재단2019 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

뇌인지과학

[석학인터뷰] 윤환수_ 공생이 이렇게 중요합니다 여러분! | 2019 봄 카오스강연 '기원, 궁극의 질문들'

생명의 기원을 연구하는 것은 과학적으로 매우 도전적인 과제입니다. 일반적인 과학 연구는 가설을 세우고 실험을 통해 증명하며 반복 가능성을 확인해야 하지만, 30억 년 전의 환경을 재현하기란 현실적으로 불가능에 가깝기 때문입니다. 특히 국내 연구 환경에서는 단기적인 성과를 중시하는 경향이 있어, 수년 이상의 긴 호흡이 필요한 기원 연구에 매진할 연구자를 찾기가 매우 어렵습니다. 그럼에도 불구하고 생명의 뿌리를 찾는 작업은 인류의 근원적인 궁금증을 해결하고 과학의 지평을 넓히는 중요한 열쇠가 됩니다. 1967년 린 마굴리스 박사가 제안한 세포 내 공생설은 현대 생물학의 중요한 기둥이 되었습니다. 이 학설은 미토콘드리아나 엽록체가 본래 독립된 박테리아였다가 다른 세포와 결합하여 공생하게 되었다는 점을 시사합니다. 최근에는 고세균과 박테리아의 결합을 통해 진핵생물이 탄생했다는 가설까지 확장되어 연구가 진행되고 있습니다. 비록 진핵생물의 기원에 대해서는 더 많은 검증이 필요하지만, 공생은 생명 진화의 복잡성을 설명하는 데 있어 매우 설득력 있는 학설로 인정받고 있습니다. 해조류가 인간과 같은 지능이나 뇌를 가지고 소통할 수 있는지에 대한 질문은 매우 흥미롭습니다. 과학적으로 볼 때 해조류에게 인간과 같은 형태의 뇌는 없지만, 이들은 해류의 흐름에 몸을 맡기거나 햇빛을 더 잘 받기 위해 최적의 위치를 찾는 등 환경 자극에 민감하게 반응합니다. 비록 인간과 언어로 대화하는 수준의 커뮤니케이션은 어렵더라도, 생명체마다 각자의 생존 전략을 가지고 환경과 상호작용하는 모습은 그 자체로 연구할 가치가 충분한 생물학적 현상이라 할 수 있습니다.

윤환수

카오스재단카오스강연

생명과학