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바다생물이 어떻게 광합성 식물로… ‘잃어버린 진화 고리’ 찾았다






45억 년 전 지구가 탄생했다. 10억 년이 지나자 바다에 광합성을 할 수 있는 남조세균이 나타났다. 그 후 5억∼10억 년이 흐른 뒤 핵과 세포질을 갖춘 진핵생물이 등장했다. 그리고 다시 20억 년 뒤 광합성을 하는 육상식물이 출현했다. 육상식물 출현으로 이산화탄소로 덮여 있던 지구에 산소가 공급되면서 생명체가 살 수 있는 환경이 만들어졌다.

진화론에서는 식물의 등장을 이같이 설명한다. 하지만 진화 과정에 충분히 설명되지 않는 ‘잃어버린 고리(missing link)’가 있다. 진핵생물이 어떻게 광합성을 할 수 있는 식물로 진화했는지에 대한 증거를 찾는 일은 진화론에서 풀어야 할 큰 숙제였다.

그동안 과학자들은 진핵생물이 남조세균을 잡아먹었으며 이때 체내로 들어온 남조세균의 유전자가 광합성이 가능한 기관을 만들었을 것이라는 내공생설(endosymbiotic theory·內共生說)을 주장했다. 하지만 입증할 만한 증거가 부족했다.

최근 우리나라 미국 독일 프랑스 오스트리아 캐나다 등 6개국 22개 연구소가 참여한 국제 공동연구진이 식물의 유전자를 분석해 ‘내공생설’을 입증할 수 있는 증거를 찾아냈다. 연구팀은 해상식물인 회조류 녹조류 홍조류와 육상식물인 애기장대의 유전자를 분석했다. 그 결과 회조류의 게놈에서 남조세균의 유전자를 찾아냈다. 진핵생물이 잡아먹은 남조세균의 유전자가 광합성을 할 수 있는 엽록체와 미토콘드리아를 만들었다는 증거다.

연구에 참여한 성균관대 생명과학부 윤환수 교수는 “애기장대 유전자의 18%도 내공생 전이를 통해 유전된 것으로 나타났다”며 “식물 진화의 잃어버린 고리를 찾아낸 것”이라고 설명했다. 연구팀은 또 유전자 분석을 통해 회조류 녹조류 홍조류가 모두 같은 계통에서 진화한 ‘형제’라는 것을 밝혀냈다. 내공생을 통해 처음 광합성을 한 식물이 시조며 회조류 녹조류 홍조류가 차례로 나타난 것이다. 윤 교수는 “광합성을 할 수 있는 식물이 어떻게 진화했는지 알 수 있게 됐다”며 “이를 통해 원시 지구에 살았던 초기 식물의 모습을 알아낼 수 있는 단서를 찾아냈다”고 말했다.

이 연구 결과는 과학 학술지 ‘사이언스’ 17일자에 발표했다.

 

 



원호섭 기자 wonc@donga.com




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