세포 생명의 기원과 엔트로피
생명은 우주의 무질서도(엔트로피, entropy)는 계속 증가한다는 열역학 제2법칙을 거스르며 살아간다. 생명이 끝나면 엔트로피를 낮추지 못하고 원자로 분해되어 사라진다. 세포뿐만 아니라 독립된 생명은 외부에서 에너지를 끊임없이 흡수하여 무질서도가 낮은 상태를 유지하는 개체로 살아간다. 그래서 세포와 생명은 외부환경과 분리되어야 존재가 가능하다.
생명이 탄생하는 데에는 외부 환경으로부터 내부 화학을 분리하는 데 중요한 세포와 같은 칸이 있어야 했다. 내부 화학을 외부 환경과 분리하는 데 중요한 이러한 칸은 생명을 유지하고 에너지 생산을 촉진하는 데 중추적인 역할을 한 것으로 보인다. 물을 끌어당기는 부분과 밀어내는 부분이 모두 있는 긴 유기 분자인 지방산은 자연적으로 물속에서 세포와 같은 칸(compartment)을 형성하는 것으로 알려져 있다. 이 분자들은 첫 번째 세포막 형성에 필수적인 것으로 간주되는 것들이다.
지구 초기에 화학물질이 결합해 원세포(protocell)가 만들어졌고, 이것이 세포가 됐을 것으로 생각된다. 원세포는 외부와 구분하는 세포막이 필수적이다. 세포는 인지질 두개가 붙어있는 이중층 모양을 하고 있다. 원세포가 어떻게 만들어졌는지, 원세포가 어떻게 지방산 구조에서 인산염이 들어간 이중층 구조로 바뀌었는지는 밝혀지지 않았었다.
원세포 형성의 핵심인 인지질 세포막이 형성되는 과정이 밝혀졌다. 지방산과 글리세롤이 인산화를 거쳐서 안정적인 인지질 세포막 구조를 형성했을 수 있음을 밝혀낸 것이다. 인지질이 화학적 진화 과정에서 나타날 수 있는 가능한 경로를 발견한 것이다. 인산기가 분자에 추가되는 인산화(phosphorylation) 화학 과정은 과거 예측보다 더 일찍 발생했다. 그 결과 구조적으로 더 복잡한 인지질 이중층 구조 세포막을 가진 원세포가 만들어졌다.
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.02.007
과학자들은 지구에 생명의 자연적 발생은 단 한 번 있었고, 그것은 유기물로부터 유래했을 것이라고 주장해 왔다. 그러나 아직 유기물들이 모여 어떻게 생명체를 탄생시킬 수 있었는지, 심지어 생명의 탄생이 지구에서 한 번만 있었는지도 입증하지 못했다. 여전히 생명의 기원은 해결되지 않았다. 사실 어떤 것도 해결되지 않았다. 앎은 무지의 영역을 계속 넓히고 있을 뿐이다. 그것이 과학이다. 그렇지 않으면 과학이 아니다.
