[지식보관소] 분자가 외부의 힘 없이 상호작용하는 비가역적 상호작용이 생명체를 만든 과정

 

 

얼마 전 펜실베니아 주립대학의 연구원들은

외부의 에너지 없이

분자들이 비가역적인 상호작용을 하는 화학반응이

지구 생명체 탄생의 핵심 요소 중 하나였을 가능성을 발견했으며

이 내용은 과학저널 Chem에 발표되었습니다.

 

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약 40억 년 전의 지구는

지금과는 전혀 다른 모습이었습니다.

 

격렬한 화산 활동과 지금보다 수만 배나 잦은 낙뢰

대기로 유입되는 자외선량에 의해서

지구에서는 매초마다 수천 번이 넘는 화학반응이 계속해서 발생했죠.

 

이러한 화학반응들은

기존에 없던 복잡하고 다양한 분자들을 계속해서 만들어냈으며

실험적으로 이미 아미노산은 물론 단백질까지도

이러한 과정에서 화학적으로 만들어질 수 있다는 것을 이미 확인했죠.

여기까지가 과거에 실험적으로 확인한 내용입니다.

 

그러다가 최근에 들어서

여기에 유전물질에 필요한 인이 유입되는 과정부터

RNA가 만들어진 거까지 확인이 된 것인데

제가 1년 전에 올린 영상에서 설명했던 것처럼

43억 년 전에 지구에는

녹았다가 굳으면서 만들어진 현무암유리에서

아미노산과 인이 RNA 구조

즉 리보핵산으로 합성될 수가 있다는 것을 발견한 것입니다.

 

결국에 메탄, 암모니아, 수증기가 풍부한 환경에서

아미노산과 단백질이 합성이 되고

이게 인과 결합해서

실험환경에서 자연적으로 300개 이상의 뉴클레오타이드 구조를 가진 RNA까지

자연 형성된다는 것이 밝혀진 것이죠.

 

하지만 이전에도 말했던 것처럼

300개 이상의 뉴클레오타이드 구조를 가진 리보핵산이 만들어지는 것이

매우 자연적인 현상이라고 해도

문제는 이런 복잡한 리보핵산이

스스로 자신의 분자구조를 복제할 수 있는 형태를 갖춰야

생명체라고 부를 수 있는 최소 조건이 달성가능한 것인데

어떻게 해서 이게 가능했었는지는 의문이었죠.

지금까지는 말이죠.

 

 

얼마 전 펜실베니아 주립대학의 연구원들은

외부에 에너지 없이

분자들이 비가역적인 상호작용을 하는 화학반응이

지구 생명체 탄생의 핵심 요소 중 하나였을 가능성을 발견했으며

이 내용은 과학저널 Chem에 발표되었습니다.

 

일반적으로 우주는 대칭성이 존재하기 때문에

우주에 존재하는 4개의 힘이 상호작용하는 방식은

굉장히 상호적입니다.

 

예를 들어서

우리가 지구 표면에 있을 수가 있는 이유가

중력이 우리를 잡아당겨서라고 생각할지도 모르지만

실제로는 지구가 우리를 잡아당기는 만큼

우리도 똑같은 힘으로 지구를 잡아당깁니다.

 

다만 지구의 질량이 우리보다 크기 때문에

일방적으로 잡아당겨지는 것처럼 보이는 것이죠.

 

마찬가지로 좌석도 같은 질량이면

서로 동일하게 인력과 청력이 발생합니다.

이것이 바로 우주에 존재하는 기본 대칭 중의 하나인

작용/반작용의 대칭성입니다.

 

하지만 화학반응에서는

비가역적인 상호작용이 일어나는데

예를 들어서

연료가 산소와 반응을 하면

이산화탄소와 물을 생성하지만

반대로 물과 이산화탄소를 반응시킨다고 해서

산소와 연료로 되돌아가지는 않습니다.

 

이렇게 A-> B로 구조가 변하는 만큼

다시 B-> A로 쉽게 돌아오지 않는 현상을

비가역적 상호작용이라고 부르죠.

 

이러한 비가역적 상호작용은

화학반응에서 매우 흔하고

특히 생명체는

비가역적 상호작용에 의해서 구동된다고 봐도 될 정도로

대사작용과 신경세포의 신호 전달 등 모든 부분에서

비가역적 상호작용이 일어납니다.

 

이번 연구에서는 단일 분자가 유체역학적 효과 없이

비가역적 상호작용이 일어나는

새로운 메커니즘을 발견했는데요.

 

생명체의 생명활동에서 대사작용 다음으로 중요한 것은

세포와 세포가 신호를 전달받는 체계입니다.

이런 신호전달 체계 중에서 가장 많이 알려진 방식은

단백질의 인산을 붙이는 키나제 반응과

반대로 이 신호를 제거하는 포스파타제의 반응일 것입니다.

 

하지만 문제는

이 키나제와 포스파타제 반응이

비가역적인 상호작용을 보인다는 것인데요.

 

연구팀에 따르면 이러한 촉매들이

비가역적 상호작용을 한다는 기본적인 특성이

특정 구조의 분자가 다른 구조의 분자를 끌어당기고

반대의 경우는 대칭적으로 작용하지 않을 수도 있다는 것을 의미합니다.

 

결국 효소 자체가

비가역적 상호작용을 한다면

기본적으로 단순한 분자구조가 복잡한 분자구조로 합성되는

방향성을 가지게 된다는 것을 의미하죠.

 

그리고 생명체는

우리가 알고 있는 한

우주에서 가장 복잡한 분자구조를 가졌습니다.

 

결과적으로 초창기 지구에서

복잡한 뉴클레오타이드 구조를 가진 리보핵산에서도

비가역적 상호작용이 일어났다면

계속되는 우연한 화학반응에서

가역적인 상호작용이 일어나지 않기 때문에

단순한 구조로 변하게 될 확률보다

복잡한 구조로 변할 확률이 높다는 것을 의미하고

특정 수준 이상의 복잡한 구조를 가진 분자들은

초기 지구의 환경에서 계속해서

더 복잡하고 거대한 분자구조로 변해갔을 가능성이 높습니다.

 

그리고 그 결과

주변의 자원을 활용해서

스스로의 분자 특성을 복제할 수 있는 구조를 지닌 분자가

처음 등장하게 되었다면

그게 바로 최초의 생명체가 등장한 순간인 것이죠.

 

물론 아직까지 생명체가

어떻게 유기물로부터 만들어졌을 수 있는지

모든 과정이 검증된 것은 아니지만

적어도 자연적으로 생명체가 생겨나는 게

과학적으로 전혀 문제되는 건 아니라고

말할 단계까지는 왔다는 것입니다.

 

어쩌면 단순한 유기물 구조에서

최초의 생명체가 탄생한 것보다

그렇게 만들어진 초기의 생명체가

어떻게 이렇게 복잡하고 다양한 생명체들로 진화해왔는지

그 과정이 더 신기할지도 모르겠네요.