20억 년 전, 대부분의 생물이 멸종...'산소 대재앙'의 진상

광합성은 태양의 에너지를 이용하여 물과 이산화탄소로부터 당과 산소를 ​​만드는 일련의 화학반응이다. 광합성에 필요한 효소는 엽록체를 둘러싼 두 층의 세포막의 안쪽에 배치되어 있다. 인근 공원에 나 있는 풀잎도 그 하나하나의 세포에 Chlorophyll(엽록소)라는 단백질을 높은 수준으로 포함하고 있으며, 거의 구형인 세포 소기관이 100개 정도 들어차 있다.

잔디가 녹색으로 보이는 것은 이 엽록소가 원인이다. 빛의 스펙트럼 중 파란색과 빨간색 부분의 에너지를 흡수하여 광합성의 동력으로 이용하기 때문에 결과적으로 녹색의 파장을 반사하는 것이다.

광합성을 할 수 있는 식물과 조류, 그리고 일부 박테리아는 광합성에 의해 생성된 단당류를 즉각 에너지원으로 돌리고 살아남기 위해 필요한 분자를 조립하는 재료로 이용한다. 거기에 더해 당류 및 탄수화물도 만들어 그것을 다양한 생물이 소비한다. 썩어가는 나무를 먹이로 하는 균류, 풀을 뜯어 먹는 양, 바다에서 몇 톤의 광합성 플랑크톤을 삼키는 고래, 그리고 전 세계 사람들을 지탱시키는 식용작물 등이다.

실제로 우리 몸 전체를 만들기 위해 필수적인 탄소는 광합성에서 유래한다. 모든 광합성의 화학반응에 의해 대기로부터 흡수한 이산화탄소부터 시작하는 것이다.

광합성의 화학반응은 오늘날 지구 상에 존재하는 대부분의 생명이 형성되기 위한 에너지와 재료를 공급해줄 뿐만 아니라 이 행성의 역사를 형성하는데 결정적인 역할을 했다. 생명은 지금까지 발견된 가장 오래된 화석의 연대로 볼 때 약 35억 년 전에 처음 나타난 것으로 보인다.

가장 오래된 화석은 단세포의 미생물로, 지열로부터 에너지를 얻고 있었던 것 같다. 생명의 가장 초창기에는 아직 광합성이 이루어지고 있지 않았기 때문에 산소의 큰 공급원은 없어 대기 중의 산소가 제로에 가까웠다. 이 행성의 초창기에 존재했던 생명체가 실제로 산소와 만났다면 수많은 문제가 생겼을 것이다.

산소가 생명을 유지시키는 것으로 생각하는 사람은 많을 것이다. 실제로 그렇지만, 산소는 생명에 절대 빼놓을 수 없는 DNA 등의 폴리머를 포함한 다른 화학물질을 손상시킬 수 있다. 산소는 매우 화학반응성이 높은 기체인 것이다.

미생물들은 일단 광합성 능력을 발전시키자 수천 년에 걸쳐 증식했고 대기 중 산소의 양이 급증하는 수준까지 도달하게 되었다. 그 후 20억 년 전부터 24억 년 전까지 일어난 이 사건은 '산소 대재앙'이라고 불리고 있다. 그 무렵에는 생물 대부분이 미생물인 박테리아 또는 고세균 중 하나였지만, 그 대부분이 산소의 출현으로 전멸해버렸을 것이라고 추정하는 연구자도 있다.

생명을 만들어 낸 조건이 생명을 거의 멸종시켰다는 것은 대단히 아이러니한 것이다. 살아남은 소수의 생명체는 산소에 노출되기 어려운 장소인 해저와 지하 심부 등으로 도피했거나 새로운 화학적 성질에 적응하여 산화된 세계에서 생존하기 위해 필요한 진화를 달성했을 것이다.

현재 인간은 거의 전적으로 산소에 의존하고 있다. 몸이 먹거나 만들거나 흡수하고 당, 지방, 단백질에서 에너지를 얻기 위해서는 산소가 필수적이기 때문이다. 에너지는 '세포호흡'이라는 화학 프로세스에 의해 만들어진다. 이 일련의 반응의 마지막 단계는 모든 진핵세포에게 매우 중요한 세포소기관의 구획인 미토콘드리아에서 일어난다.

미토콘드리아의 주요 역할은 생명의 화학반응에서 세포가 필요로 하는 에너지를 만들어내는 것이다. 그래서 에너지가 많이 필요한 세포에는 미토콘드리아가 많이 포함되어 있다. 당신의 심장을 고동시키기 위해서는 심장근육 하나하나의 세포에 수천 개의 미토콘드리아가 필요하다. 전부 합치면 심장세포 부피의 약 40%를 차지한다. 엄격하게 화학적인 관점에서 보면 세포호흡은 광합성의 핵심반응을 반전시키고 있다. 당과 산소가 반응하여 물과 이산화탄소를 만들어내며 많은 에너지를 방출하고, 그 에너지는 나중에 사용하기 위해 보존해 둔다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 폴 너스의 'WHAT IS LIFE?