물질에서 생명으로의 진화를 가능하게 한 열쇠는 기생체와의 공진화

프랑스 국립과학연구센터의 고바야시 타로 박사 연구원과 도쿄대학 생물 보편성 연구기구의 이치바시 노리카즈 교수 연구팀은 물질의 모임인 RNA의 자기복제 시스템을 시험관 내에서 다양한 계통으로 자발 진화시키는 데 성공했습니다.

物質から生命への進化を可能にしたカギは寄生体との共進化か
https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/press/z0109_00395.html

생명이 태어나기 전의 시대에는 RNA나 짧은 단백질 등의 분자로 이루어지는, 분자의 자기복제 시스템(예를 들면 RNA 월드에서의 자기복제 RNA 등)이 존재했고 그것들이 진화하면서 현재와 같은 다양하고 복잡한 생물계가 만들어진 것으로 상상됩니다. 그러나 지금까지의 분자의 자기복제 시스템에서는 진화가 곧 멈추어, 생명에 접근해 가는 모습은 관찰되지 않았습니다. 이 연구에서는 독자적으로 개발한 RNA의 자기복제 시스템을 원시 생명체의 모델로서 이용해, 실험실에서 약 300세대에 이르는 장기의 진화실험을 실시했습니다. 그 결과 지금까지 본 적이 없는 진화현상을 관찰하는 데 성공했습니다. 우선 원래의 RNA(숙주 RNA라고 부른다)에 의존해 증가하는 기생형의 RNA(기생체 RNA라고 부른다)가 RNA의 재조합에 의해 자연발생했습니다. 그리고 이 기생체 RNA와 원래의 숙주 RNA는 서로에 대한 내성을 차례로 획득해 갔습니다. 이 진화적 군확경쟁으로 불리는 현상의 결과, 숙주 RNA와 기생체 RNA의 양쪽이 멈추지 않고 진화를 계속하였고 다양한 종류로 분화하는 것이 발견되었습니다.
　
지금까지 바이러스 등의 기생체와 숙주생물과의 공진화는 생물진화에 있어서 중요한 구동력의 하나라고 생각되어 왔지만 이 연구성과는 그 기원이 생명 탄생 전까지 거슬러 올라갈 가능성을 보여줍니다. 기생체와의 공진화가 물질에서 생명으로의 진화를 가능하게 한 열쇠일 것으로 연구팀은 추정했습니다.


▣ 용어 해설

RNA의 자기복제 시스템
- RNA는 리보 핵산(ribonucleic acid)의 약칭으로 DNA와 마찬가지로 유전자의 정보를 기록합니다. 이 연구에서 사용한 RNA는 RNA 복제효소의 유전자를 코드하고 있습니다. RNA로부터 이 유전자가 번역되어 RNA 복제효소가 생성되며 원래의 RNA가 복제되게 됩니다. 이 RNA의 번역과 복제반응은 무세포 번역 반응액만 공급되면 몇 세대라도 계속됩니다. 복제 시에는 일정 확률로 돌연변이도 일어나므로 복제과정에서 원래 RNA보다 빠르게 증가하는 변이형 RNA가 태어날 수 있다면 RNA는 자손을 많이 남겨 집단을 차지하게 됩니다. 즉 RNA 집단은 진화하는 것입니다.

진화
- 진화는 분야마다 여러 가지 의미로 사용됩니다. 여기에서는 진화생물학적 정의에 근거해 'RNA 집단의 유전적 조성이 변화하는 것'이라는 의미로 이용하고 있습니다. 예를 들어 한 RNA에 돌연변이가 들어가 원래 RNA보다 빠른 증가가 가능하게 되면 RNA 집단에서 그 변이체의 비율이 증가합니다. 이러한 현상을 우리는 진화라고 부릅니다. 일반적으로 상상하는 생물의 진화는 물고기에 다리가 자라 양서류가 된다는 형태적인 변화인데, 이것도 사실 형태에 관계되는 유전자의 어떠한 변이가 집단내에 퍼지는 것에 기인합니다. 이 연구가 보고 있는 것과 본질적으로는 다르지 않고, 단지 보이는 방법이 다를 뿐입니다.

RNA의 재조합
- RNA는 긴 사슬형 구조를 가지고 있습니다. 저빈도이지만 때로는 분자 간이나 분자 내에서 이 사슬의 연결이 바뀝니다. 이것을 RNA의 재조합이라고 합니다. 만약 숙주 RNA가 자신 안에서 RNA 재조합을 일으키면 원래 가지고 있던 RNA 복제효소 유전자 부분을 결락시켜 버리는 일이 있습니다. 이 누락에 의해 기생체 RNA가 태어나는 것입니다. 이번에 실시한 진화실험에서는 108개의 대량의 숙주 RNA 분자를 취급했기 때문에 저빈도이지만 유전자 부분을 누락한 기생체 RNA가 바로 출현했습니다.

진화적 군확경쟁
- 2종류의 생물이 대립관계에 있는 경우, 서로가 상대에게 강해지는 진화를 번갈아 반복하는 것을 가리킵니다. 예를 들어 바이러스에 대해 숙주가 내성을 진화시키고, 그에 대해 바이러스가 내성을 돌파하는 진화가 계속되는 경우입니다. 공진화 현상 중 하나로 간주됩니다.