[일반생물학] 생명체의 유래

살아있는 생명체는 무생물로부터 생겨나지 않는다.

지구의 생명체가 어떻게 시작되었는지 확실히는 알 수 없다. 그러나 한 가지 확실한 것은 생명체 (또는 적어도 우리가 알고 있는 생명체는) 끊임없이 새로 시작하는 것이 아니라는 것이다. 즉, 무생물의 자연으로부터 생명체의 자연발생(spontaneous generation)은 결코 우리 눈앞에서 반복적으로 일어나지 않는다는 것이다. 현재와 과거에 존재한 모든 생명체는 기존의 생명체로부터 생겨났다. 그러나 과학자를 포함해 모든 사람들이 이 사실을 항상 믿었던 것은 아니다.

 

생명체가 무생물 물질로부터 기원한다는 생각은 많은 문화와 종교에서 일반적이었다. 유럽의 르네상스 기간 동안(14~17세기, 근대 과학의 태동기), 대부분의 사람들은 자연발생에 의해 적어도 생명체의 일부형태는 무생물 또는 부패하는 물질로부터 직접적으로 반복해서 생겨난다고 믿었다. 예를 들어, 많은 사람들은 땀에 젖은 옷을 어두운 곳에 두면 생쥐가 생겨나고, 개구리는 습한 땅에서 직접 생겨나며, 썩은 고기는 파리를 만든다고 생각하였다. 이탈리아의 의사이자 시인이었던 레디(Francesco Redi)는 이러한 가정을 의심하였다. 레디는 부패하는 고기가 불가사의하게 변형되어 파리가 생기는 것이 아니라, 고기에 알을 낳은 다른 파리로부터 파리가 생겨난다는 가설을 세웠다. 1668년에 레디는 그의 가설을 검증하기 위하여 그 당시로는 비교적 새로운 개념의 과학적인 실험을 하였다. 그는 고기 조각이 들어 있는 3개의 병을 준비하였다.

 

1. 첫 번째 병의 고기는 공기와 파리에 모두 노출시켰다.

2. 두 번째 병은 올이 촘촘한 천으로 덮어 고기는 공기에 노출되지만 파리에는 노출되지 않았다.

3. 세 번째 병은 뚜껑으로 덮어 고기가 공기와 파리에 모두 노출되지 않도록 하였다.

 

레디의 가설대로 첫째 병에서만 구더기가 발견되었고 나중에 파리가 되었다. 이 발견은 구더기는 오직 파리가 존재하던 곳에서만 생길 수 있다는 것을 입증하였다. 파리와 같은 복잡한 생물이 고기 속의 무생물 또는 '공기 중의 어떤 것'으로부터 새롭게 나타날 수 있다는 생각은 가라앉았다. 그래도 확실하게 가라앉은 것은 아니었다.

 

1660년대에 새롭게 발명된 현미경은 과거에는 볼 수 없었던 거대한 새로운 생물의 세계를 밝혀냈다. 지구의거의 모든 환경은 아주 작은 생물로 충만하고 있음이 발견되었다. 일부 과학자들은 이러한 생물들이 풍부한 화학적 환경에서 '생명력'의 작용에 의해 자연발생한다고 믿었다. 그러나 프랑스의 위대한 과학자 파스퇴르(Louis Pasteur)는 19세기에 실험을 통해 미생물은 오직 다른 미생물로부터 생기며, 생명체가 없는 환경은 생명체가 없는 상태로 머무르는 것을 증명하였다.

 

파스퇴르와 레디의 실험은 현재 지구의 환경에서 살아 있는 생물은 무생무로부터 생길 수 없다는 것을 보여주었다. 그러나 이들의 실험은 자연발생이 결코 일어나지 않는다는 것을 증명한 것은 아니었다. 태초에 지구와 그 위를 덮고 있던 대기의 환경은 현재와 매우 달랐다. 실제로 원시 지구에서 발견되던 것과 비슷한 환경에 우리 태양계의 다른 행성에 존재했거나 현재 존재하고 있을 수 있다.

 

생명체는 물에서 시작하였다.

 

물은 생명체의 필수 구성성분이다. 지구에서 발사한 원격조종 탐사선이 화성 위의 얼음을 발견했을 때 대단히 흥분한 이유는 이 때문이다. 천문학자들은 우리 태양계가 약 46억년 전 형성되었다고 믿는데 이때 별이 폭발하고 붕괴해 태양과 미행성체(planetesimal)라고 불리는 약 500개의 천체가 형성되었다. 이들 미행성체는 서로 충돌하여 지구와 화성을 포함한 지구형 행성(inner planet)을 형성하였다. 지구에 생명체가 있었다는 첫 번째 화학적 흔적은 약 40억년 전의 것이다. 따라서 지구의 화학적 환경이 생명체에 적합하게 되기까지 6억 년이 걸렸다. 이들 조건 중 핵심은 물의 존재였다.

 

아마도 원시 지구의 대기에 많은 물이 있었을 것이다. 하지만 이 새로운 행성은 뜨거웠고, 물은 수증기 상태로 공중에 흩어져 있었다. 지구가 식어가면서 수증기가 응결되어 지구 표면에 고이게 되었다. 그렇다면 이 물은 어디서 왔을까? 현재의 한 가지 견해는 혜성(행성이 생긴 이후로 태양을 선회하는 먼지와 얼음의 푸석푸석한 덩어리)들이 지구와 화성에 반복적으로 충돌하여 물 뿐만 아니라 질소 및 탄소함유 분자와 같은 생명체의 다른 화학적 구성 요소도 가져다주었다는 것이다.

 

지구가 식고 지각으로부터 화학물질이 물에 녹아들어 감에 따라, 간단한 화학반응이 일어났을 것이다. 이들 반응 중 일부는 생명체를 탄생시켰을 것이지만, 커다란 혜성과 바위 운석의 지구와의 충돌은 생성 중인 바다가 끓어오를 만큼 충분한 에너지를 방출하였으므로 이때 초기 생명체가 존재했다면 이는 파괴되었을 것이다. 지구에서 이런 거대한 충돌은 마침내 진정되었고, 38억년 전 무렵 생명체는 확고한 발판을 얻게되어 그 이후로 지구에는 생명체가 존재해 오고 있다. 지구 생명체의 기원을 설명하기 위한 몇 가지 가설이 제안되었다. 생명이 화학진화를 통해 지구에서 생겨났다는 이론과 생명이 지구 밖에서 왔다는 이론이 그 가설이다.