생명의 화학진화와 미생물의 플라스틱 분해 진화
최초에 생명이 나타난 것을 설명하는 과학 이론은 19세기까지는 없었다. 1920년대에 알렉산더 오파린(Alexander Oparin)과 존 홀데인(John Burdon Sanderson Haldan)이 처음으로 지구상의 생명의 진화와 생명의 기원을 설명하기 위한 이론을 제시하였다. 핵심 아이디어는 진화가 어느 정도는 생명이 없는 복합 화학물질에서도 작동한다는 것이다. 따라서 화학 물질도 안정적으로 상당히 정확하게 자기 복제를 할 수 있다. 이렇게 되면 가장 안정적인 복제물(offsprings)을 만들어낸 화학 물질(아마도 가장 환경에 잘 적응된 것이다.)은 다른 화학 물질보다 더 급속하게 더 많은 복제물을 만들어낼 수 있다. 이러한 과정은 다윈의 진화론과 유사하다. 이렇게 화학 물질이 환경에 더 적합해지고 점점 더 복잡해 져서 결국은 생명체로 나아가게 된다. 생물학자들은 이 과정을 화학진화(chemical evolution)라고 부른다.
21세기 많은 미생물이 화학물질로 구성된 플라스틱을 먹이로 삼아 살아가는 방향으로 진화하고 있다. 지구상 플라스틱 오염이 심해지면서 미생물이 플라스틱을 분해할 수 있도록 진화해가고 있다. 사실 생명은 화학물질로부터 진화했다. 화학물질로부터 탄생한 생명이 화학물질을 분해할 수 있도록 진화하는 것은 어쩌면 자연스런 일일 수도 있다. 지구상 생명체의 기원에 대하여 화학 진화 가설이 널리 받아들여진다. 최초의 생명체는 태양 또는 뜨거운 물을 분출하는 열수 분출공으로부터 에너지를 사용했을 것으로 추정한다. 화학 진화 가설에 따르면 뜨거운 열수 구 주변의 암석에 있는 기체로 채워진 작은 기포가 생명의 기원에서 중요한 역할을 했다. 화학진화가 발생한 환경조건은 화산암에 있는 작은 구멍들이다. 이런 구멍에 있는 물과 공기의 인터페이스는 가스가 가득 찬 기포에서 자연스럽게 형성된다. 이 인터페이스가 생명의 기원에 기여하는 물리 화학적 상호 작용을 용이하게 만든다. 화산암의 구멍에 갇혀서 구멍 표면과 반응한 작은 가스 기포들이 궁극적으로 최초의 세포를 탄생시킨 화학 네트워크 형성을 가속화시켰다. 이런 기포 표면에 온도 차이가 있다면 물은 기포의 따뜻한 부분에서는 증발하고 차가한 부분에서는 응축되는 경향을 보일 것이다. 이 순환 현상의 결과, 분자들은 고농도로 응축돼 축적되게 된다.
초기 지구에서는 많은 물리 화학적 과정이 진행되어 생명이 출현할 수 있는 조건이 만들어졌다. 생물진화 시대에 앞서 오랜 기간 ‘생명 발생 이전(prebiotic)’의 화학 진화가 선행됐고, 이 기간 동안에 자신을 복제할 수 있는 최초의 정보를 지닌 분자가 모여서 선택되었다. 최초의 생명체의 탄생에 대해 가장 유력한 가설에 의하면 약 40억~37억 년 전 지구의 원시바다에서 무생물 물질로부터 단순한 유기 화합물이 만들어지면서 시작됐다.
이렇게 생겨난 최초의 단백질 구조에는 금속과의 결합을 위하여 연결되는 부위에 동일한 하위구조가 반복되어 나타난다. 이러한 반복된 구조가 시간이 가면서 재배열되어 현재의 수많은 종류의 단백질과 생명체로 탄생했다.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abj3984
