다지원 기획세미나, 인류학 세미나. ∥2021년 4월 6일∥보미
『마이크로 코스모스』 린 마굴리스, 도리언 세이건 지음, 홍욱희 옮김, 김영사


7 새로운 세포의 출현

박테리아-원핵생물-와 유핵세포-진핵생물-사이의 생물학적 전이는 오랜시간 점진적으로 변화한 것이라고 설명할 수는 없을 만큼 극적인 일이다. 새로운 세포–유핵세포-는 박테리아가 진화한 형태라기보다 완전히 새로운 구조체라고 할 수 있다.

조류나 플랑크톤 세포 –원생생물- 속에는 빛을 사용해 광합성을 하는 세포소기관인 색소체와 산소를 사용하는 세포소기관인 미토콘드리아가 들어있다. 이 두 기관은 세포의 일부분임에도 불구하고 자가번식을 한다. 이것들은 원래 다른 박테리아의 내부에 갇히게 된 박테리아였을 가능성이 매우 높다.

화석 기록에 따르면 약 14억년 전쯤부터 이 새로운 세포들-진핵세포-이 세포 속 세포의 형태로 공동 집합체를 만듦으로써 크게 *성공했음을 알 수 있다. 진핵세포는 박테리아 연합체로 추정된다. 이 연합체는 서로 협력하는 중앙집중체였으며 그들은 점차 중앙집중적 구성을 더욱 강화했고 이를 통해 그들의 여러 세포소기관들은 생물학적 단위체 속에서 역할을 분담했다. 예컨대, 박테리아와 달리 진핵생물에서는 세포질이 마치 어떤 목적을 가지고 행동하는 것처럼 세포 안에서 움직인다.

(진핵세포에서 발견되는) 잉여 DNA는 DNA의 복제 성향에 의해 만들어졌지만, 그 근원은 다양한 종류의 박테리아가 공동체를 형성해서 최초의 진핵세포를 구성할 때 그들 모두에게서 온 것이다. 따라서 모든 종류의 잉여 DNA는 ‘이기적’ 목적으로 축적된 것이 아니라, 염색체라는 DNA 집합체를 구성하고 가능하게 하는 데서 일어날 수 있는 모든 문제를 해결하기 위해 사용된 것이다.

진핵 세포의 새로운 능력–세포소기관들의 자가복제 능력 등-은 새로운 세포가 이전과는 근본적으로 다른 메커니즘에 의해 만들어졌음을 말하는데, 바로 공생symbiosis다. 10여 년간의 연구 결과에 따르면, 독립적인 원핵세포들이 다른 원핵세포들 속으로 들어가서 숙주세포의 부산물을 먹이로 이용하고, 대신 숙주세포는 유입세포의 부산물을 먹이로 취했다. 이런 밀접한 관계가 계속적인 관계로 발전하면서 그 자손들은 다른 세포들 내부에서의 생활에 잘 적응하게 되었고, 시간이 지남에 따라 그런 협동 진화 박테리아 군집은 너무나 밀접하게 상호 의존하게 되어 모든 실제적인 관점에서 하나의 안정된 생명체, 즉 원생생물이라고 부를 수 있게 되었다. 생물 진화가 박테리아의 자유로운 유전자 전달 체계에서 한걸음 더 나아가 *공생의 이점을 취할 수 있게 된 것이다. 별개의 생물체들이 한데 합쳐져서 양쪽의 합보다 훨씬 *진보된 새로운 한 생물체를 창조했다고 하겠다.

생물학은 현재의 우리가 여러 다른 생물이 합쳐져서 만들어진 유핵세포들로 이루어져 있다고 말하고 있다. 이는 우리가 신화나 종교에 등장하는 반인반수 괴물들과 별반 다름없음을 깨우쳐준다. 그리고 그런 괴물들을 생각해낼 수 있었던 인간의 두뇌 세포 역시 그 자체가 키메라다.

전광우 박사의 실험에서 박테리아들은 살아 있는 다른 세포의 내부에서 생존하기 위해 자신의 파괴적인 경향을 극적으로 변화시켰다. 격렬한 대결에서 새로운 공생 생물체, 즉 박테리아를 가진 아메바가 나타나게 된 것이다. 이 아메바 실험으로, 진화는 언제든지 ‘개체의 이익’을 위해 진행된다는 개념의 오류가 지적되었다. 문제는 무엇보다 ‘개체’다. 개체란 사실상 추상적인 용어이며 하나의 범주 개념일 뿐이다. 그리고 자연은 어떠한 좁은 범주나 개념을 넘어서서 진화를 진행시키는 경향이 있다.

실제로 생물은 마치 대도시와 같다. 도시는 그 이름과 경계선 등으로 구분되지만 자세히 관찰하면 도시 그 자체는 다양한 행위자로 구성되어 있음을 알 수 있다. 마찬가지로 생물도 경계가 뚜렷한 관념적 형태가 아니라 각기 독립적인 부분들을 가진 축적적 존재다. 우리 자신의 세포들은 성장하고 호흡하기 위해 고대의 박테리아 침입자가 필요했을 것이다. 미토콘드리아, 색소체, 그리고 파상족이 곧 그것이다.


8 상생을 위한 세포간 협력

현대 진화학에서는 유핵세포를 여러 다양한 생물이 합쳐진 형태로 간주한다. 살아 있는 주식회사라고도 할 수 있다. 진핵세포의 기원에 대한 실마리를 제공하는 세포 주식회사의 첫 번째 구성원은 미토콘드리아다. 동식물 세포의 내부에 자리 잡게 된 박테리아의 직접 후손인 미토콘드리아는 대기 중의 산소에서 끄집어낸 풍부한 에너지를 그들 주위의 세포질에 제공한다. 이로 인해 지상의 모든 생물은 물질대사 기능이 놀랄 만큼 비슷해졌다. 다양한 물질대사를 하는 박테리아에 비해 진핵세포는 산소호흡만을 이용할 수 있는데 이는 미토콘드리아만의 전담 업무다.

미토콘드리아는 고유의 DNA, 전령 RNA, 운반 RNA, 리보솜 등을 포함해 자신의 유전기구를 막 내부에 별도로 가지는데 이는 미토콘드리아의 선조가 자유 생활을 했음을 보여주는 흥미로운 증거다. 미토콘드리아는 박테리아와 비슷하게 단순분열로 증식하고, 또한 미토콘드리아에서는 박테리아적 성sex을 규정하는 비체계적 유전자 전달이 일어난다. 이러한 속성들은 미토콘드리아가 과거 한때 자신보다 큰 박테리아의 세포 내부로 들어가서 결국 공생생활을 하게 된 박테리아의 일원이었다는 점을 말해준다.

미토콘드리아의 선조는 현대의 포식성 박테리아와 비슷한 종류였을 것이다. 포식성 박테리아인 델로비브리오 박테리아는 산소호흡을 하고, 먹이가 되는 박테리아를 파괴해서 안쪽에서부터 먹어치운다. 우리 몸 세포에 있는 미토콘드리아의 선조도 맹렬한 공격자였다. 미토콘드리아의 선조에게 침입당한 숙주세포는 처음에는 거의 생존할 수 없었을 것이다. 그러나 숙주세포가 사멸하면 침입자들도 역시 죽을 수밖에 없었으므로 결국에는 협력자들만 살아남았다. 미토콘드리아와 숙주세포는 오랜 기간 점차 적대적 관계를 청산해 나갔다. 침략자의 일부는 숙주의 전체를 탐하지 않고 숙주에게 취해도 좋은 부분(부산물)만을 얻도록 적응하하면서 숙주를 죽이지 않고도 자신을 증식시킬 수 있게 되었다. 숙주 박테리아중 일부는 침략자가 자신의 내부 환경 속에서 먹이를 먹으면서 생활할 수 있도록 관용을 베풀게 되었다. 두 생물체는 서로 상대방의 대사산물을 먹이로 취할 수 있게 되었고, 이제 침입자들은 독립적인 자유생활을 포기하고 영원히 숙주세포 속에 안주하게 되었다.

미토콘드리아가 공생생활에 적응한 이후 새로운 형태의 생물이 여러 진핵세포의 세포질 속으로 유입되었는데, 이번의 합병은 전염이 아닌 포식에 의해서였다. 무수히 잡아먹힌 시안박테리아의 일부가 숙주세포의 속화에 견딘 결과 자신이 가진 햇빛을 포획하는 색소를 세포 속에 그대로 지닐 수 있었다. 자가 충족을 위한 도구들을 대부분 잃었는데도 많은 단백질을 스스로 합성할 수 있는 색소체의 선조는 오늘날 프로콜로론이라 명명된 박테리아다. 이 프로클로론은 박테리아적 구조를 가지면서 식물체의 생리적 특성도 함께 지니는, 공생의 역사에서 나타나는 ‘잃어버린 고리’라 할 수 있다. 프로클로론의 조상은 수많은 종류의 원생생물에게 잡아먹혔을 것이다. 그런데 자연계를 둘러보면 르로클로론의 후손들이 얼마나 큰 성공을 거두었는지 바로 알 수 있다. 포식되었지만 소화되지 않음으로써, 그리고 진핵세포로 불리는 협동체의 한 부분이 됨으로써 그들은 오늘날 세계 구석구석에서 번창하고 있다.

진핵세포는 ATP를 생산할 수 있는 두 가지 기본 수단인 호흡과 광합성을 가졌다. 다양해지고 또 멀리까지 퍼져나간 이들은 이제 물을 떠나 육지를 점령하고 마침내 거대생물 우주를 형성하는 원시 식물체로 진화하는 시점에 이르렀다.


<토론거리>
전광우 박사의 실험을 통해 우리는 전체 생물의 진화에 있어서는 손님도 포로도 (나아가 적도 동지도) 없음을 알게 되었다고 저자들은 말한다. 이것으로 충분할까?
생존을 위한 개체들의(만인의) 경쟁(투쟁)이라는 적자생존의 원리에서 벗어나면서도 동시에 진짜 적을 식별하는 방법과 진정한 투쟁을 이야기 할 수 있으려면 어떤 생물학이 필요할까?