태고의 생명진화는 현재보다 훨씬 빨랐다

Max Planck Institute for Mathematics in the Sciences(독일의 라이프치히)에 본사를 둔 사라 버크머(Sarah Berkemer) 연구원과 도쿄공업대학 지구생명연구소(ELSI)의 숀 맥그린(Shawn McGlynn) 부교수가 최근의 공동연구에서 현생생물의 공통조상인 LUCA의 특징을 비교게노믹스법을 이용하여 해석하는 데에는 한계가 있다는 것이 밝혀졌다. 그러나 동시에 태고의 생명의 진화속도는 현대의 진화속도보다 훨씬 빠르다는 것이 밝혀졌다.

계통수는 미생물 진화의 이해의 기초를 돕는다. 두 도메인 사이의 긴 가지는 수십억 년 전의 매우 빠른 진화를 반영할 가능성이 있다. 크레딧: S. Shiobara, S. McGlynn, ELSI, CC BY 4.0

현재 생물학에서 모든 생물은 세균, 고세균, 진핵생물 중 하나로 분류되지만 이들 생물은 모두 LUCA라는 원시적 생물 또는 생물군에서 출현했다고 생각된다. 그래서 LUCA가 어떤 유전자를 소유하고 있었는지 알면 첫 생명의 탄생에 대해 더 이해할 수 있다고 생각된다.

오늘날 미생물의 DNA를 쉽게 해독하고 비교할 수 있게 되어 미생물끼리 얼마나 진화적으로 가까이 있는지를 판단할 수 있게 되었다. 그리고 지구상의 모든 생물의 DNA 서열 비교에 근거해 각 생물종이 진화적으로 어떻게 관련되어 있는지를 나타내는 '전생명의 계통수'를 그리는 것이 가능하게 되었다. 그러나 이것에는 큰 문제가 있다. 유전자의 수평전파라고 불리는 현상이 확인되고 있기 때문이다. 이것은 생물 사이에서 DNA의 작은 조각이 '점프'하는 현상으로, 부모에서 자식으로의 일반적인 DNA 계승과 다르다. 원시생명에서도 수평전파가 일어난다면 현대에 남아있는 DNA 서열을 사용하여 고대의 진화를 이해하려고 시도하면 매우 큰 오해를 일으킬 수 있다.

본 연구결과는 현대의 DNA의 서열 비교로부터는 가장 원시적인 세포의 생활양식에 관한 정보는 매우 한정된 것밖에 도출할 수 없다는 다른 선행 연구의 결론을 추인하는 형태가 되었다. 그러나 동시에 수십억 년 전의 생물의 진화속도에 대한 이해를 크게 전진시키는 것이다.

연구팀은 수천 개의 미생물의 DNA 상동성 데이터를 비교하여 얻은 수천 개의 계통수를 추가로 분석했다. 가장 오래된 유전자가 파생되는 시점을 확인하고 유전자가 어떻게 생물 간에 이동하는지를 밝혀내어 LUCA의 성격을 밝히려고 시도했다. 상세한 분석결과는 생명의 초기 진화단계에서 다른 유전자 그룹이 다른 진화속도로 변화하고 있음을 보여주었습니다.

본 연구에 의해 초기 생명의 진화의 페이스에 관해서 처음으로 논의를 할 수 있게 된 것은 중요한 의미를 가지고 있다. 본 연구는 원시생명이 매우 빠르고 현대에서도 검출가능한 수준으로 진화하고 있었으며, 초기 생물이 어떠한 것이었는지는 정확히 모르지만 생명은 매우 이른 단계에서 변이되고 진화하고 있었음을 보여준다. 맥그린 준교수는 지구의 초기 생명이 어떠했는지를 밝히기 위해 현재 이용 가능한 DNA 데이터를 조사하는 새로운 방법을 계속 개발할 필요가 있다고 보았다.

현대의 모든 생물은 이 LUCA의 후손으로 간주된다. 따라서 고세균 도메인과 세균 도메인 사이에서 진화적으로 '혼합'된 형태의 계통수는 단백질(효소)이 LUCA에 존재하지 않음을 시사한다. 오렌지 화살표는 유전자의 수평전파가 일어났음을 나타낸다. 한편 도메인마다 다른 가지로 나눌 수 있는 다른 단백질(효소)은 이들이 LUCA로부터 유래된다는 것을 시사한다. 크레딧: Berkemer and McGlynn 2020, CC BY 4.0.

* LUCA (Last Universal Common Ancestor) : 현생 생물의 공통 조상. 최초의 생명이 탄생하고 그것이 진화한 후 오늘날의 고세균과 세균으로 분기하기 직전의 생물.

출처 참조 번역
- Wikipedia
- 太古代の生命進化は現在よりもはるかに速かった
https://educ.titech.ac.jp/bio/news/2020_05/059103.html