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[바이오토픽] 16억 년 전 홍조류 화석 발견: 광합성의 기원에 대한 단서 제공
생명과학 양병찬 (2017-03-15 09:38)

acquisition of plastid
acquisition of plastid / © http://www.life.umd.edu/

지난 수십 년 동안 「다세포생물(그리고 식물과 동물)의 탄생으로 이어진 계보(系譜)」의 기원에 대한 논쟁이 치열했다. 이러한 진핵생물이 언제 등장했는지를 밝히려면 잘 보존된 것은 기본이고, (막으로 둘러싸인) 복잡한 내부구조물(internal structure)을 갖춘 화석이 필요했다. 이제 16억 년 된 표본들이 새로 발견됨에 따라, 진실을 밝히는 데 도움이 될 것으로 보인다.

이번 연구를 이끈 스웨덴 자연사박물관의 스테판 벵트손 박사(고생물학)에 의하면, "이번에 발견된 화석들은 가장 오래된 홍조류(red algae)로 생각되는데, 그렇다면 지금껏 발견된 진핵생물 중 가장 오래된 것이기도 하다"고 한다. 만약 벵트손 박사의 생각이 맞는다면, 그 화석들은 광합성을 하는 조류 및 식물의 기원을 수억 년 연장할 것으로 보인다(참고 1).

벵트손 박사가 이끄는 연구진은 인도의 중부에서 세 세트의 화석을 발견하여 《PLoS Biology》 3월 14일호에 보고했다(참고 2). 한 세트는 동전을 포개어놓은 것처럼 배열되어 있는데, 아마도 세균군집인 것으로 보이며, 연구진에게 데나리키온 멘닥스(Denaricion mendax)라는 이름을 얻었다. 나머지 두 세트는 기다란 필라멘트처럼 생겼으며, 조그만 방(房) 속에 격리되어 있는데, 연구진은 이들을 각각 라파타즈미아 키트라코오텐시스(Rafatazmia chitrakootensis), 라마탈루스 로바투스(Ramathallus lobatus)라고 명명했다.

지금껏 몇몇 연구자들이 (진핵생물로 추정되는) 오래된 화석들을  발견했었다. 그러나 그들은 내부구조물을 들여다볼 수가 없어서, 화석의 정체를 확인할 수가 없었다. 그러나 이번 연구는 달랐다. 연구진은 엑스선 영상을 근거로 하여, 라파타즈미아의 복잡하고 잘 보존된 구조물을 확인했다. 그중에는 식물과 유사한 세포벽(cell wall)과 중격(septum)이라는 내부 칸막이가 포함되어 있다. "중격(中膈)의 구조로 미루어볼 때, 이 화석들은 홍조류임이 분명해 보인다. 그렇다면 그들은 진핵생물이며, 광합성을 했다는 이야기가 된다"라고 벵트손 박사는 말했다.

【참고】 라파타즈미아의 엑스선 영상(false-colour X-ray)


드디어 빛이 보인다

"만약 연구진의 판단이 맞는다면, 이번에 발견된 화석들은 '중요한 진화사건'이 일어난 연대를 좁히는 데 기여할 것으로 보인다"라고 럿거스 대학교의 데바시시 바타차르야 박사(진화생물학)는 말했다. 바타차르야 박사가 말하는 '중요한 진화사건'이란, "생명체가 광합성을 하는 남세균을 삼킨 시기(참고 4)"를 말한다. 다른 세포 속으로 들어간 남세균(cyanobacteria)은 용케 파괴되지 않고, 궁극적으로 진핵생물의 세포 내에서 광합성 기구로 진화했다. 이 사건이 처음 일어난 시기는 지금까지 6억 년(참고 3) 내지 15억 년 전(참고 1)으로 추정되었다.

그러나 바타차르야 박사는 이번에 발견된 화석들이 (벵트손 박사가 말하는 것처럼) 홍조류 계통수의 밑동(base)에 위치하는 조상임을 확신하지는 못하고 있다. 바타차르야 박사에 의하면, 이 화석들은 '밑동'이기보다는 '매우 오래된 곁가지(side branch)'일 가능성이 높다고 한다. "단, 이 화석들이 일종의 홍조류이며, 진핵생물이라는 것은 확실해 보인다"라고 그는 말했다.

반면에, 영국 케임브리지 대학교의 니콜라스 버터필드 박사(고생물학)는 연구진의 주장을 납득하지 못하고 있다. "이번에 발견된 화석들이 홍조류와 특징을 공유하고 있더라도, 몇 개의 중격만으로는 진정한 진핵생물임을 증명할 수 없다. 그러기 위해서는 몇 가지 유사성, 또는 진핵생물임을 확실히 입증하는 구조물들(예: 불규칙한 형태의 세포벽)이 추가로 발견되어야 한다"라고 그는 말했다. "그럼에도 불구하고, 이번에 발견된 화석들이 기존에 보고된 자칭 '최고(最古)의 진핵생물'들보다 한 수 위인 것은 사실이다"라고 그는 덧붙였다.

고대의 화석들이 계통수의 어느 부분에 위치하는지를 정확히 밝히는 것은 매우 어렵다. 왜냐하면 수십억 년 전에는 많은 생물들의 피상적 모습이 다 비슷비슷했기 때문이다. "이 분야에서 가장 어려운 것은 바로 이 부분이다. 당신은 한 걸음 뒤로 물러나 눈을 가늘게 뜨고,  '음, 이 화석은 X 처럼 보이는데?'라고 말하기 일쑤다"라고 버터필드 박사는 말했다.

벵트손 박사도 화석이 계통수에서 차지하는 정확한 위치를 밝히기가 매우 어렵다는 것을 인정한다. '우리는 고생물들 간의 유연관계를 100퍼센트 확실하게 증명할 수는 없다. 그러나 우리는 우리의 추정이 최선임을 확신하고 있다"라고 그는 말했다.

※ 참고문헌
1. RodrN. et al. Curr. Biol. 15, 1325–1330 (2005); http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(05)00675-5
2. Bengtson, S., Sallstedt, T., Belivanova, V. & Whitehouse, M., "Three-dimensional preservation of cellular and subcellular structures suggests 1.6 billion-year-old crown-group red algae", PLoS Biol. (2017); http://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.2000735
3. McFadden, G. & van Dooren, G. G. Curr. Biol. 14, R514–R516 (2005); http://www.cell.com/current-biology/abstract/S0960-9822(04)00446-4
4. http://www.nature.com/news/how-the-first-plant-came-to-be-1.10048

※ 출처: Nature http://www.nature.com/news/fossil-algae-hold-clues-to-origin-of-modern-photosynthesis-1.21617




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양병찬 (약사, 번역가)
서울대학교 경영학과와 동대학원을 졸업하고, 은행, 증권사, 대기업 기획조정실 등에서 일하다가, 진로를 바꿔 중앙대학교 약학대학을 졸업하고 약사면허를 취득한 이색경력의 소유자다. 현재 서울 구로구에서 거주하며 낮에는 약사로, 밤에는 전문 번역가와 과학 리포터로 활발하게 활동하...
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