생명체의 직접적인 조상: LUCA

안녕하세요, 과학에 관심이 많은 여러분! 오늘은 모든 현존하는 생명체의 공통 조상인 **LUCA(Last Universal Common Ancestor)**에 대해 알아보겠습니다. 생명의 기원을 탐구하는 것은 인류의 오래된 호기심 중 하나인데요, 현대 과학의 발전으로 LUCA에 대한 이해가 더욱 깊어지고 있습니다.

1. 생명 계통수와 LUCA의 위치

생명체의 계통수는 다양한 생물 종 간의 진화적 유연 관계를 나무 형태로 나타낸 것입니다. 초등학교에서는 주로 동물과 식물을 구분하지만, 교육 수준이 높아지면 박테리아, 고균(아키아), 진핵생물의 3역 6계 체계를 배우게 됩니다.

계통수에서 가지가 늦게 갈라질수록 유전적으로 가깝고, 뿌리에 가까울수록 근연관계가 멀다는 것을 알 수 있습니다. 그렇다면 이 나무의 가장 깊은 뿌리에는 무엇이 있을까요? 바로 모든 현존 생물의 공통 조상인 LUCA가 있습니다.

2. LUCA의 개념과 역사 

LUCA는 Last Universal Common Ancestor의 약자로, 모든 현존 생명체의 직접적인 조상을 의미합니다. 이는 **최초의 생명체(FUKA)**와는 구별되는데, LUCA 이전에도 다양한 생명체들이 존재했지만 그들의 후손은 멸종하고 현재는 LUCA의 후손들만 남아있다는 개념입니다.

LUCA의 개념은 찰스 다윈이 **'종의 기원'**에서 언급할 정도로 오래된 이론입니다. 그러나 과거에는 추론의 영역이었던 LUCA 연구는 현대의 분자생물학과 지질학의 발전으로 더욱 체계적으로 재구성되고 있습니다.

3. LUCA의 시대와 환경 

런던 대학(UCL) 연구팀의 최근 연구에 따르면, LUCA는 약 42억 년 전에 존재했을 것으로 추정됩니다. 이는 달이 생성된 지 불과 1~2억 년 뒤이며, 기존의 생명체 최초 출현 추정 연대인 38억 년 전보다 훨씬 이른 시기입니다.

또한 41억 년 전부터 38억 년 전까지는 전 지구적인 소행성 대충돌(Late Heavy Bombardment) 시기로, 지표면이 녹아내리는 극한 환경이었습니다. 이전에는 이러한 환경에서 생명체가 탄생하거나 생존할 수 없다고 생각되었지만, 연구에 따르면 바다 깊은 곳의 초기 생명체들이 이러한 극한 환경에서도 살아남아 진화할 수 있었다고 합니다.

4. LUCA의 유전적 특성 

연구팀은 고균 350종과 박테리아 350종의 유전자를 분석하여, 공통적으로 나타나는 2657개의 유전자를 식별했습니다. 이를 통해 LUCA의 생활사를 유추할 수 있었는데요, 그 결과 LUCA는 다음과 같은 특성을 가진 것으로 추정됩니다.

• 혐기성 원핵생물: 산소가 없는 환경에서 생존
• 화학독립영양생물: 이산화탄소와 수소를 이용하여 아세트산을 생성
• 초고온성 미생물: 고온 환경에서 생존 가능한 효소 보유
• 비광합성 생물: 광합성을 하지 않음

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5. 심해 열수구 가설의 지지

이러한 연구 결과는 생명 기원에 대한 **'심해 열수구 가설'**을 더욱 지지합니다. 이는 생명체가 심해의 열수구에서 탄생했다는 이론으로, 빛이 없는 환경에서 화학 반응을 통해 에너지를 얻는 생명체의 존재를 설명합니다.

반면에 기존의 '원시 수프 가설', 즉 유기물로 가득 찬 바다 표면에서 생명체가 탄생했다는 이론은 이번 연구로 인해 그 설득력이 다소 감소했습니다.

6. LUCA 연구의 한계와 도전 

LUCA를 재구성하는 데에는 몇 가지 어려움이 있습니다.

수평적 유전자 이동(Horizontal Gene Transfer)

생명체의 유전자는 부모에서 자식으로 전달되는 수직적 전이뿐만 아니라, 다른 생명체 간의 수평적 전이도 발생합니다. 예를 들어, 인간 유전자의 약 **8%**가 바이러스에서 기원했다는 연구 결과도 있습니다. 따라서 유전자 분석만으로 LUCA를 정확히 재구성하는 데에는 한계가 있습니다.

멸종한 생명체의 영향

LUCA 이전이나 동시대에 존재했지만 현재는 멸종한 생명체들도 존재하며, 이들로부터 유전자 전이가 이루어졌을 가능성이 있습니다. 이는 LUCA의 유전적 특성을 복원하는 데 복잡성을 더해줍니다.

7. LUCA 연구의 의의와 미래

비록 여러 어려움이 있지만, LUCA 연구는 생명체의 기원을 이해하는 데 큰 의의가 있습니다. 

특히, 가장 기초적인 생명체의 형태와 특성을 알게 되면, 외계 생명체 탐사에도 중요한 단서를 제공할 수 있습니다. 이러한 이유로 생물학계뿐만 아니라 NASA 등 우주 연구 기관에서도 LUCA 연구에 큰 관심을 가지고 있습니다.

8. 참고 문헌 

• Moody, E. R. R., et al. (2024). The nature of the last universal common ancestor and its impact on the early Earth system. Nature Ecology & Evolution, 8(9), 1654–1666.
• Moody, E. R. R., et al. (2022). An estimate of the deepest branches of the tree of life from ancient vertically evolving genes. eLife, 11, e66695.
• Aylward, F. O., & Moniruzzaman, M. (2022). Viral Complexity. Biomolecules, 12(8), 1061.
• 출처 : https://gall.dcinside.com/board/view/?id=dcbest&no=272003

 

LUCA에 대한 연구는 아직 진행 중이며, 새로운 발견이 계속해서 이루어지고 있습니다. 생명의 기원을 밝히는 것은 인류의 궁극적인 질문 중 하나이며, 이를 통해 우리 자신과 주변 우주에 대한 이해를 넓혀갈 수 있을 것입니다.

여러분의 생각은 어떠신가요? LUCA에 대한 더 흥미로운 이야기나 궁금한 점이 있다면 댓글로 남겨주세요. 함께 더 깊이 있는 대화를 나눠봅시다!