새로운 과학적 추정에 따르면, 산소를 '호흡'한 최초의 생명체는 약 31억 년 전 지구상에 등장한 것으로 밝혀졌다. 이스라엘 연구진이 여러 미생물 군집에 대해 수행한 유전학적 분석은 다소 뜻밖의 결론에 도달했는데, 그것은 바로 미생물이 산소를 활용하기 시작한 시점이 대기가 산소로 채워진 이른바 '대산소화 사건(Great Oxygenation Event)'보다 무려 6억 년 가까이 앞선다는 것이었다. 대산소화 사건은 약 24억 년 전에 일어난 것으로 알려져 있다.
유전자 분석으로 되짚어본 고대 미생물의 진화
이번 연구는 와이즈만科学연구소(Weizmann Institute of Science)의 생화학자 단 타우픽(Dan Tawfik)이 이끄는 이스라엘 연구팀이 학술지 '네이처 생태학 및 진론(Nature Ecology & Evolution)'에 발표한 것으로, 과학 매체 '사이언스(Science)'도 이를 소개했다.
연구팀은 현재 지구에 서식하는 가장 오래된 미생물, 즉 세균과 기타 원핵생물의 후손들에 해당하는 130개 미생물 계열의 게놈을 분석했다. 산소를 사용하거나 생성하는 약 700개 효소의 유전자를 바탕으로 진화적 '계보도(가계도)'를 작성한 뒤, '분자시계(molecular clock)' 방법을 적용해 각 효소가 언제 진화했는지 추정했다.
130개 계열 중 36개 계열의 정밀 연대 측정
연구진에 따르면 130개 미생물 계열 중 36개 계열은 비교적 높은 정확도로 연대를 측정할 수 있었다. 타우픽 박사는 "무척 인상적인 결과를 확인했다. 31억~30억 년 전에 산소를 사용하는 미생물이 뚜렷하게 출현했다는 증거였다"고 말했다.
36개 계열 중 22개는 바로 그 시기에 나타난 것으로 보이며, 12개는 그 이후에, 그리고 단 2개만이 그보다 이전에 등장한 것으로 분석됐다.
호기성 생명체로의 전환, 그 첫걸음
산소를 이용하는 단백질(효소)의 출현은 호기성 미생물 탄생의 결정적 전환점이었으며, 그전까지 사실상 무산소 상태였던 세계로부터의 변화를 의미한다. 초기 지구의 대기와 해양에는 산소가 없었다는 것이 학계의 일반적인 견해다.
다만 비교적 이른 시기부터 일부 산소가 존재했다는 증거도 있다. 광합성 미생물인 남세균(시아노박테리아)은 아마도 35억 년 전경부터 부산물로 산소를 방출하기 시작했지만, 정작 스스로는 그것을 사용하지 않았던 것으로 추정된다. 산소를 '호흡'에 활용하는 능력이 생기기까지는 몇억 년이 더 걸렸던 셈이다.
느리게 확산된 산소 호흡 능력
이번 이스라엘 연구는 역행적 유전자 분석을 바탕으로, 약 31억 년 전에 산소를 '호흡'하고 이를 통해 더 많은 에너지를 생산하기 시작한 미생물이 등장했을 것으로 추정한다. 산소를 호흡하고 활용하는 능력은 처음에는 작은 국지적 환경 속에서 천천히 진화한 뒤, 이후 수억 년에 걸쳐 지구 전역으로 점차 퍼져나간 것으로 보인다.
그 뒤에 일어난 대산소화 사건을 거치면서 지구 환경은 극적으로 변모하기 시작했고, 생명은 산소 덕분에 실질적인 '폭발적 번성'을 경험했다. 이러한 흐름 속에서 다세포 생물이 진화했고, 마침내 동물과 인간에 이르게 된 것이다.
신중한 시각도 존재
그러나 캘리포니아대학교 버클리캠퍼스의 진화생물학자 패트릭 시(Patrick Shih) 같은 다른 학자들은 더 신중한 입장이다. 유전자 분석과 연대 측정의 기반이 되는 '분자시계' 방법은 아직 발전 중인 기술이기 때문에, 그 결론에는 어느 정도 불확실성이 따른다는 것이다.
출처: APE-MPE
