식물의 기원 Ⅰ

☞ 생명의 기원과 관련하여 그린란드에서 37억년전의 화석이 발견되었고, 35억년전의 스트로마톨라이트 화석이 호주에서 발견되었으나, 과학자들은 약 43억년전정도에 최초의 생명이 출현했을 것으로 추정한다.

최초의 생명의 기원에 대해서는 여러가지 가설들이 있는데, 최초에는 산소를 이용하지 않는 박테리아와 같은 생명체가 있었으며, 이러한 생명체가 광합성을 통해 원시 지구에 산소를 공급하기 시작했던 최초의 생물인 남세균과 같은 형태로 진화하게 되었다고 보고 있다. 이들의 활발한 활동은 지층 속에 스트로마톨라이트 형태로 보존되어 있으며, 호주에서 발견된 화석이 35억년의 역사를 가진 것으로 추정되고 있다.

호주의 스트로마톨라이트 화석

 

 

☞ 최초의 생명과 관련하여 러시아의 생화학자인 오파린이 제창한 코아세르베이트설이 현시점에서 유력한 가설이 되고 있다. 오파린은 원시 해양 속의 단백질·핵산·당류 등의 유기물들은 전하를 지니고 있어서 주위에 물분자들을 잡아당겨 콜로이드 입자 상태(보통의 분자나 이온보다 크고 지름이 1nm~1000nm 정도의 미립자가 기체 또는 액체 중에 분산된 상태)로 존재하게 되었으며, 이들 입자들이 서로 모여 간단한 막에 싸이게 되면서 액체 방울을 이루어 주위와 경계를 이루게 되었다고 설명하면서, 이를 '코아세르베이트'라고 불렀다. 

 

☞ 오파린은 최초의 원시 생명체가 이 코아세르베이트 상태에서 출발했다고 가정하고 코아세르베이트가 주위의 각종 무기물과 유기물을 흡수하여 점차 원시세포의 형태로 발전하였다고 주장한다. 실제로 코아세르베이트는 아메바 등 미생물 세포와 유사하게 닮았고, 효소와 핵산이 존재할 경우 주변의 물질을 그 속으로 받아들이고 분열을 하며 증식하는 등 생명체와 유사한 활동을 하는 것을 관찰할 수 있다. 

 

☞ 이러한 특성으로 볼 때 코아세르베이트가 핵산이나 효소가 존재할 경우, 물질 대사 기능과 자기 복제의 기능을 갖게 됨으로써 원시 생명체로 시작하였고, 현재에 이르기까지 진화하었다고 추정하고 있다. 이러한 가정에 기초한다면, 코아세르베이트가 다른 코아세르베이트와 합쳐지거나, 원시 바다의 유기물을 끌어들여 생존하였을 것이므로, 원시 지구 최초의 생물은 종속 영양 생물이었을 것으로 판단하는 것이다. 

 

☞  초기 종속 영양 생물이 증식하면서 해양 속에는 유기물들이 급격히 감소하였을 것이며, 지구의 냉각으로 유기물의 자연 합성도 점차 감소하였을 것으로 추정된다. 당시 지구상에는 산소가 없었으므로 종속 영양 생물들의 무기 호흡, 즉 물 속에서 당과 같은 유기물을 얻어 분해함으로써 발생하기 시작한 이산화탄소가 해양과 대기 중에 점차 증가되어 가게 되었다. 이에 원시 생명체는 변화된 환경에 적응하기 위해 새로운 생존 방법을 취해야만 하였다.

 

 

☞ 산소는 없고 이산화탄소만이 가득한 상황에서, 환경에 적응하여 생존하기 위한 진화과정으로 엽록소와 같은 색소를 갖는 생물이 출현해서 태양 광선을 이용하여 이산화탄소와 물에서 당류를 합성하고 산소를 방출하게 되었고, 대기 중에 산소농도가 점차 증가되어 유기 호흡을 하는 독립 영양 생물이 서서히 출현하게 되었다. 이러한 엽록소와 같은 녹색색조를 갖는 대표적인 생물이 남세균이다.

☞ 광합성을 한 최초의 생물은 산소가 없는 대기에서 산소를 필요로 하지 않는 혐기적인 물질 대사를 하였을 것이고, 오늘날과 같은 산소호흡을 하며 광합성을 하는 녹색 식물은 진화 과정상 뒤늦게 출현하였을 것이다. 빛에너지를 이용하여 최초로 유기물을 합성했던 생물은 단세포이며, 이 분열에 의해서 번식하는 분열식물은 세균식물과 남조식물이었다. 

 

 

 

☞ 공기중 산소를 필요로 하지 않는 혐기성으로 홍색황세균이나 녹색황세균 또는 홍색세균 등이 먼저 나타나 물 대신 황화수소나 수소가스를 이용하는 광합성이 이루어졌으며, 추후에 물 분해에 의해 수소를 이용하는 광합성으로 발전함에 따라 산소가 점차 대기중으로 방출되고 농도가 증가하였을 것으로 추정되는 것이다.

이러한 광합성 세균으로부터 남조식물로 진화하고, 이들의 광합성에 의해 대기중 산소농도는 더욱 증가하게 되었을 것이다.  

☞ 이러한 과정을 통한 진화과정이 원시 생명체를 멸종위기로부터 구해냈다는 점에서 의미가 있으며, 식물은 빛 중에서도 주로 가시광선을 이용하는데, 가시광선은 그 자체가 물을 분해하는 것이 아니라 색소체에 흡수됨으로써 광화학적인 산화·환원 반응에 이용된다고 한다.