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- 현재 지구 생명체에 대한 가장 오래된 증거는 32억 년 전
- "육상 미생물의 활동은 대륙의 풍화다"
- 박테리아와 고세균은 조류, 진핵 원생동물 및 균류에 의해 결합
- 외래 유전자의 도움으로 최초의 육상 식물은 단단한 줄기 및 뿌리를 만들어

생명이 물에서 육지로 오를 때

지구상의 모든 생명체는 물에서 시작됐지만 거기에 머물지 않았다. 점차적으로 처음에는 원생동물, 그다음에는 식물과 절지동물, 마지막으로 척추동물이 육지로 진출했다. 이 낯선 환경에 끌린 이유는 무엇일까? 그들은 새로운 삶에 어떻게 적응했을까? 그리고 고래와 같은 일부는 왜 다시 바다로 돌아갔을까? 

▲ 시야에 들어오는 땅 - 이 Tiktaalik을 포함한 많은 생물이 한때 친숙한 물을 떠났다. © Zina Deretsky, National Science Foundation

이 땅은 한때 적대적인 곳이었다. 건조하고 황량하며 유해한 자외선으로 가득했다. 그러나 이러한 환경은 우리의 초기 척추동물 조상을 포함한 일부 용감한 생물들이 이곳으로 이동해 혹독한 조건에 적응하는 것을 막지 못했다. 생물의 토지 정복은 지구의 표면, 대기 및 지구화학적 순환을 변화시켰다. 새로운 생태학적 틈새와 먹이 사슬이 등장했다. 이 삶의 혁명적인 시작을 향한 여정을 따라가 본다.

선구적인 작업 : 육지 최초의 생물

많은 사람은 아마도 물고기가 천천히 물 밖으로 기어나와 처음으로 힘겨운 숨을 쉬는 것을 상상할 것이다. 그러나 실제로 척추동물은 해안 이탈자 중 후발자에 속하는 경향이 있다. 이 중요한 단계에서 다른 피조물들이 그들보다 훨씬 앞서 있었다.

단세포 개척자

현재 지구 생명체에 대한 가장 오래된 증거는 32억 년 전이다. 그들은 미생물 간섭의 명확한 징후를 보여주는 작은 황철석 과립으로 구성된다. 이것은 최초의 육지 거주자가 시아노박테리아 및 기타 박테리아와 고세균과 같은 작은 미생물이었다는 것을 암시한다. 

▲ 이와 같은 시아노박테리아는 아마도 가장 먼저 상륙한 것 중 하나일 것이다. © Willem van Aken, CSIRO /CC-by 3.0

이 개척자들은 척박하고 적대적인 땅에서 발판을 마련하기 위해 극도로 힘들었을 것이다. 무엇보다도 그들은 방사선과 탈수로부터 그들을 보호하는 두꺼운 껍질과 DNA 복구를 위한 효율적인 메커니즘이 필요했다. 현생 미생물도 사막, 극지 평원, 고산 암석과 같은 적대적인 장소에 살고 있기 때문에 그들의 조상도 육지의 조건에 비교적 빠르게 적응한 것이 현실적으로 보인다.

세상을 바꾸는 미생물들

그러나 미생물은 단지 적응만 한 것이 아니라 그들의 존재로 땅과 결국 지구 전체를 변화시켰다. "육상 미생물 활동의 두 가지 주요 결과는 대기의 지속적인 산소화와 해양 생태계에 간접적이고 직접적인 영향을 미치는 대륙의 풍화다"라고 멕시코 국립 자치 대학의 지질학자 Hugo Beraldi-Campesi는 설명한다.

육지에서 대사 활동 중에 방출되는 산소는 더 이상 바닷물을 통해 우회할 필요가 없으며 훨씬 더 빨리 대기에 도달합니다. 생지화학적 풍화 작용은 또한 암석에서 영양분을 침출하여 육지와 물에서 암석에 더 쉽게 접근할 수 있도록 했다. 이런 식으로 시아노박테리아와 그 동료들은 물에서 육지로 이동하는 다른 생물을 위한 최적의 시작 조건을 만들었다.
버섯: 식물의 친구이자 도우미

미생물이 땅을 더 비옥하게 만들고 대기를 더 온화하게 만든 후에 다른 유기체가 뒤따랐다. 박테리아와 고세균은 조류, 진핵 원생동물 및 균류에 의해 결합되었다. 유전자 분석과 중국의 화석 발견에 따르면 곰팡이는 약 6억 년 전에 육지에 처음 도착했다. 얼마 지나지 않아 그들은 이미 그곳에 살고 있던 광합성 시아노박테리아와 지의류와 같은 공생 관계에 들어갔을 가능성이 있다.

▲ 이 화석은 6억 3,500만 년 된 것이며 고대 육상 균류에 대한 가장 오래된 증거일 수 있다. © Gan et al./Nature /CC-by 4.0

곰팡이는 또한 육지 식물의 조상인 녹조류와 상호 작용하기 위해 공생의 기쁨을 사용했다. 균류는 조류에게 영양분을 공급했고, 조류를 위해 암석에서 방출되었다. 그 대가로 조류는 광합성 동안 생산한 당분을 조류에게 "먹였다".

어느 시점에서 이 관계는 너무 가까워서 균류는 DNA의 일부를 초기 육상 식물에 기증하기도 했다. 이것은 식물이 장기적으로 육지에서 생존하고 유해한 자외선과 가뭄에 저항하는 유일한 방법이었다.

이를 위해 필요한 DNA는 균류뿐만 아니라 박테리아와 바이러스에서도 나왔다. 외래 유전자의 도움으로 최초의 육상 식물은 예를 들어 보호용 밀랍 덮개, 단단한 줄기 및 뿌리를 만들 수 있었다. (계속)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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