생명의 기원

3. 폐기된 가설들과 시각들

3. 1. 자연발생설

3. 2. 창조설

4. 생명 기원 연구의 역사 (1960년대 이전)

아리스토텔레스 시대부터 19세기까지 생명의 기원에 대한 주류 이론은 자연 발생설이었다.^[18] 이 이론은 곤충과 같은 "하등한" 동물들이 부패하는 유기물질로부터 발생하고, 생명이 우연히 발생한다고 주장했다.^[19][20] 아리스토텔레스는 세상에는 생명의 기반이 되는 “생명의 배종(일종의 씨앗)”이 널리 퍼져 있으며, 이 생명의 배종이 물질을 조직하여 생명을 형성한다고 생각했다. 이것은 “'''배종설'''”이라고 불린다.

그러나 17세기부터 자연 발생설에 대한 의문이 제기되기 시작했다. 토머스 브라운은 그의 저서 ''의학적 허구(Pseudodoxia Epidemica)''에서 자연 발생설에 의문을 제기했다.^[21][22] 1665년 로버트 훅은 최초의 미생물 그림을 발표했고, 1676년 안토니 반 레벤후크는 원생생물과 박테리아로 추정되는 미생물을 그려서 묘사했다.^[23] 레벤후크는 자연 발생설에 동의하지 않았고, 1680년대에는 밀폐된 고기 배양과 개방된 고기 배양, 곤충 번식에 대한 면밀한 연구를 통해 그 이론이 잘못되었다는 것을 스스로 확신했다.^[24]

1668년 프란체스코 레디는 파리가 알을 낳지 못하도록 하면 고기에 구더기가 나타나지 않는다는 것을 보여주는 실험을 진행했다.^[25] 그는 두 개의 병에 물고기를 넣고 한쪽 병에는 뚜껑을 하지 않고, 다른 한쪽은 천으로 덮어 뚜껑을 한 후 결과를 관찰했다. 뚜껑을 하지 않은 병에는 구더기가 생겼지만, 뚜껑을 한 병에는 생기지 않았다. 레디는 이 실험을 통해 "구더기는 파리가 알을 낳는 것으로 생겨난다"는 것을 증명하고자 했으며, "생명은 알에서 생겨난다"고 생각했다. 그러나 기생충에 대해서는 자연 발생한다고 주장했다.^[285] 레디의 실험은 대조 실험의 개념을 도입하여 과학적 방법의 기초를 확립했다는 점에서 획기적이었다.

17세기에는 안토니 반 레벤후크가 직접 제작한 현미경으로 미생물과 세포의 존재를 발견하면서, 부패나 발효와 같은 현상에 미생물이 관여한다는 사실이 밝혀졌다.^[286]

18세기, 영국의 존 니덤은 가열한 고기 수프를 병에 넣고 코르크로 막은 후 다시 가열해도 미생물이 발생하는 것을 확인하고, 미생물이 자연 발생한다고 주장했다. 그러나 라자로 스팔란차니는 니덤의 실험에 결함이 있다고 보고, 플라스크 입구를 녹여 밀봉하고 열탕 처리 시간을 달리하는 실험을 통해 미생물이 자연 발생하지 않는다고 반박했다. 하지만 니덤은 신선한 공기가 차단되었기 때문이라고 재반박했고, 스팔란차니는 이에 제대로 대응하지 못했다.

thumb 두 개를 준비하여 대조 실험을 실시했다고 여겨진다.]]

19세기 중반까지 자연 발생설은 논쟁의 대상이었다.^[26][27] 1860년대 루이 파스퇴르는 백조목 플라스크를 이용한 실험을 통해 공기 중에 있는 미생물(곰팡이와 세균의 포자)가 배양액을 오염시킨다는 것을 증명하고 자연 발생설을 반박했다. 이 실험으로 논쟁은 종식되었고, 생물은 (대체로) 자연 발생하지 않는다고 여겨지게 되었다.

자연발생설은 현재와 같은 환경에서 계속되는 생명이 발생할 수 있다는 주장이며, 여기서 이야기하는 생명체는 현재와 같은 형태의 생명체를 이야기하기도 한다. 아리스토텔레스에 의해 재창된 자연발생설은, 창조론을 기반으로 해서 발전했다. 자연발생설은 기초적인 형태의 생명체를 기반으로 하는 화학진화와는 전혀 다른 개념으로, 현대에 살고 있는 생명체들의 현재 환경에서의 지속적 자연발생을 주장하는 것이 자연발생설이다. 이는 니덤, 스팔란차니와 파스퇴르 등의 연구에 의해서 부정되었다. 자연발생설의 부정은 현대 진화의 다양성을 형성할 수 있는, 진화의 기본적 근거가 되었다.

배종발달설 혹은 범종설은 고대 그리스 철학자 아낙사고라스로부터 이어지는 철학에 기반한 가설이다.^[315] 과학이 발전하면서 과학자들은 이 주장을 과학적으로 접근하기 시작했으며, 운지법 등을 이용하여 우주 먼지와 지구에 떨어진 운석을 분석한 결과 우주에 아미노산과 같이 유기물질이 존재한다는 것을 밝혀내면서 범종설이 새롭게 힘을 얻었다.^[316] 이와 같은 가설에 기반한 생명의 기원에 대한 탐구는 충돌구의 물질 연구를 진행하고 있다. 일리노이대 루이스 스나이더 교수가 “우주 공간에서 아미노산 분자를 발견했다”고 밝혔다.^[317]

범종설은 생명이 우주 전체에 존재하며 운석, 소행성, 혜성^[29] 및 미행성^[30]에 의해 분포된다는 생각이다.^[31] 이는 생명이 각 행성에서 형성될 필요 없이, 제한된 장소 또는 단일 장소에서 형성된 후 혜성이나 운석 충돌을 통해 다른 항성계로 퍼져 나갈 수 있다는 장점을 가진다.^[32]

1906년에 스반테 아레니우스는 "생명의 기원은 지구 본래의 것이 아니고, 다른 천체에서 발생한 미생물의 포자가 우주 공간을 날아와 지구에 도달한 것이다."라고 주장하며 범종설을 제창했다. 프랜시스 크릭과 프레드 호일 등이 이 가설을 지지했다.

1984년 남극대륙에서 발견된 ALH84001 운석은 약 1500만년 전에 화성에서 떨어져 나와 약 1만 3000년 전에 지구에 충돌한 것으로 추정되는데, 1996년 미항공우주국의 데이비드 매케이 연구진은 이 운석에 지구의 세균과 아주 흡사하게 생긴 생명체 화석이 있다는 주장을 내놓았다. 또한 우주 복사선에서도 버틸 수 있는 미생물이 발견되면서 이 가설은 강력한 지지를 얻었다. 유럽 연구자들이 곰팡이 포자를 알루미늄으로 감싸서 우주에 보내는 실험을 한 결과 80%의 곰팡이가 살아남았음을 확인했다.^[316]

최근에는 2006년에 일본 과학자들이 ≪민들레 프로젝트≫를 시작하여 우주 공간에서 부유 물질을 채취하고 분석하는 활동을 계속하고 있다. 이를 통해 행성 간 유기물 등의 이동('''행성 간 이동''')이 널리 일어날 가능성을 확인하고 있다.^[301]

생명이 무기물이 뒤섞인 원시 수프에서 출발했다는 가설은 오파린에 의해 정립되었다.^[36][37] 밀러 실험과 코아세르베이트 등이 이 가설을 뒷받침하는 실험으로 꼽힌다.^[20][38] 초기 지구 바다에서 메탄, 암모니아, 물이 자외선에 의해 최초의 유기 화합물로 바뀌었을 것이라는 가설에 대해 비판론자들은 수프에는 반응을 일으킬 원동력이 없으며, 에너지원 없이는 생명체가 존재할 수 없다고 반론을 제기한다.^[313] 심해열수구나 작은 연못가설과 같이 구체적인 환경조건을 언급하지 않았기에 다른 모델들에 비해 원시적인 모델로 평가받는다.

무생물에서 생명이 서서히 발생했다는 생각은 허버트 스펜서(Herbert Spencer)의 1864~1867년 저서 『생물학 원리』(Principles of Biology)와 윌리엄 터너 시슬턴-다이어(William Turner Thiselton-Dyer)의 1879년 논문 "자연 발생과 진화에 관하여"(On spontaneous generation and evolution)에 등장했다. 1871년 2월 1일 찰스 다윈(Charles Darwin)은 조셉 후커(Joseph Dalton Hooker)에게 보낸 편지에서 "암모니아와 인산염 등의 여러 가지 염류, 빛, 열, 전기 등이 존재하는 따뜻한 작은 연못"에서 생명의 원초적 불꽃이 시작되었을 것이라고 추측했다.^[33][34][35] 다윈은 "오늘날과 같은 물질은 즉시 먹히거나 흡수될 것이지만, 생물이 형성되기 전에는 그렇지 않았을 것"이라고 덧붙였다.^[33][34][35]

이후 알렉산더 오파린(Alexander Oparin)은 1924년, J. B. S. 할데인(J. B. S. Haldane)은 1929년에 최초의 세포를 구성하는 분자가 원시 수프로부터 서서히 자기 조직화되었다는 '''오파린-할데인 가설'''을 제시했다.^[36][37] 할데인은 지구의 생명 발생 이전의 바다는 유기 화합물이 형성될 수 있는 "뜨겁고 묽은 수프"로 이루어져 있었다고 제안했다.^[20][38] J. D. 버널(J. D. Bernal)은 1967년에 생물학적 단량체의 기원, 생물학적 중합체의 기원, 그리고 분자에서 세포로의 진화라는 세 가지 "단계"를 제안하며, 그러한 메커니즘이 무기 전구체로부터 생명에 필요한 대부분의 분자를 형성할 수 있음을 보여주었다.^[39][40][41]

오파린이 정립한 가설에 기반하여, 1952년 스탠리 밀러와 해럴드 유리는 원시 지구와 비슷한 환경에서 무기물로부터 유기물이 형성될 수 있는지 확인하는 밀러-유리 실험을 수행했다.^[42][43] 이 실험은 메탄, 암모니아, 수소, 수증기와 같은 환원성 기체 혼합물을 사용, 아미노산과 같은 간단한 유기 단량체를 형성하는 데 성공했다.^[42][43]

밀러-유리 실험의 구체적인 과정은 다음과 같다.

# 메탄, 수소, 암모니아를 무균 처리한 유리관에 넣는다.

# 물을 가열하여 발생한 수증기를 이용, 기체들을 유리관 내에서 순환시킨다.

# 수증기와 기체가 혼합된 곳에 번개를 모방한 6만 V의 방전을 일으킨다.

# 1주일 후, 유리관 내 물속에서 아미노산이 생성된 것을 확인했다.

이 과정에서 알데히드와 시안화수소 등이 발생하여 아미노산 생성에 기여한 것으로 추정된다. 밀러-유리 실험은 방전이나 가열 외에도 자외선, 방사선 등 다양한 에너지원을 사용한 실험으로 확장되었고, 많은 실험에서 유기물 합성에 긍정적인 결과를 얻었다.

그러나 아폴로 계획으로 가져온 달 암석 분석 결과, 초기 지구 대기는 이산화탄소, 질소, 수증기 등 산화적인 기체로 가득 차 있었다는 설이 유력해졌다.^[289] 이에 따라 환원성 환경을 전제로 한 밀러-유리 실험은 지구 생명체 탄생을 제대로 재현하지 못했다는 비판을 받게 되었다.^[290]

하지만, 과학계의 현재 합의는 원시 대기가 약하게 환원성이거나 중성이었다는 것이며,^[45][46] 초기 해양에 존재했던 철과 탄산염 광물을 추가하면 다양한 종류의 아미노산이 생성된다는 사실이 밝혀졌다.^[45] 이후 연구는 우주와 심해 열수 분출구라는 다른 환원 환경에 주목하고 있다.^[47][48][49]

4. 1. 자연 발생설 논쟁

4. 2. 범종설 (판스페르미아)

4. 3. "따뜻한 작은 연못": 원시 수프

4. 4. 밀러-유리 실험

5. 거주 가능한 지구의 형성

지구는 약 45억 6,800만 년 전에 형성되었다. 초기 지구는 태양계와 함께 형성되었으며, 이 시기는 초기 지구 또는 태양계의 형성과 진화 문서에서 더 자세히 다룬다. 지구의 나이는 초기 우주가 시작된 지 약 138억 년 후이다.

5. 1. 진화적 역사

5. 1. 1. 초기 우주와 최초의 별들

5. 1. 2. 지구의 출현

5. 1. 3. 최초의 생명체 증거

6. 분자 생성: 생명 이전 합성

수소와 헬륨을 제외한 모든 화학 원소는 항성 핵합성에서 유래한다. 생명의 기본적인 화학 성분인 탄소-수소 분자(CH), 탄소-수소 양이온(CH+) 및 탄소 이온(C+)은 별의 자외선에 의해 생성되었다.^[88] 유기 분자를 포함한 복잡한 분자는 우주와 행성에서 자연적으로 형성된다.^[92] 초기 지구의 유기 분자는 충격파나 자외선, 산화환원 결합 또는 방전과 같은 다른 에너지원에 의해 유기 분자 합성이 이루어지는 지구 기원일 수도 있고; 항성간 먼지 구름에서 형성되어 행성에 내리는 유기 분자를 가진 외계 기원(준범종설)일 수도 있다.^[89][90]

==== 관측된 외계 유기 분자 ====

유기 화합물은 분자 내에 탄소를 포함하는 화합물이다. 탄소는 태양, 항성, 혜성, 그리고 대부분의 행성의 대기에 풍부하다.^[91] 유기 화합물은 우주에서 비교적 흔하며, 분자 구름과 항성 주변 물질에서 일어나는 "복잡한 분자 합성 공장"에 의해 형성되고, 주로 전리 방사선에 의해 반응이 시작된 후 화학적으로 진화한다.^[92][93][94] 퓨린과 피리미딘 핵염기, 여기에는 구아닌, 아데닌, 시토신, 우라실, 그리고 티민이 포함되는데, 이들이 운석에서 발견되었다. 이것들은 초기 지구에서 DNA와 RNA가 형성되는 데 필요한 물질을 제공했을 수 있다.^[95] 아미노산 글리신은 혜성 와일드 2에서 방출된 물질에서 발견되었으며, 이전에는 운석에서도 검출되었다.^[96] 혜성은 어두운 물질로 뒤덮여 있는데, 이는 전리 방사선 하에서 단순한 탄소 화합물로부터 형성된 타르와 같은 유기 물질로 여겨진다. 혜성으로부터의 물질 비는 이러한 복잡한 유기 분자들을 지구로 가져왔을 수 있다.^[97][98][59] 후기 대폭격 시기에 운석은 매년 최대 5백만 톤의 유기 전생물 요소를 지구에 전달했을 것으로 추정된다.^[59]

6. 1. 관측된 외계 유기 분자

6. 1. 1. PAH 세계 가설

6. 1. 2. 핵염기와 뉴클레오타이드

6. 2. 실험실 합성

6. 2. 1. 당

6. 2. 2. 핵염기

6. 2. 3. 펩타이드

7. 적합한 소포 생성

8. 생물학 생성

8. 1. 에너지와 엔트로피

8. 2. 화학삼투

8. 3. RNA 세계

8. 4. RNA에서 지시된 단백질 합성으로

• 단백질은 생명 반응의 모든 촉매 역할을 하며, 대사계를 가진 생명체에는 필수적이다.
• 20종류의 아미노산으로 구성되어 있으며, 다양성이 풍부하다.
• 중심 원리(센트럴 도그마)의 모든 반응에 효소의 촉매가 관여하고 있다.
• 밀러-유리 실험에서 생성된 4종류의 아미노산(글리신, 알라닌, 아스파라긴산, 발린)을 중합시킨 펩타이드는 촉매 활성을 가지고 있다(GADV 가설).
• 또한 그 아미노산의 대응 코돈은 모두 G로 시작하며, 아미노산 배열에서 DNA, RNA로 정보가 전달된 흔적으로 생각된다(GNC 가설).

8. 5. 초기 기능성 펩타이드

• 단백질은 생명 반응의 모든 촉매 역할을 하며, 대사계를 가진 생명체에는 필수적이다.
• 20종류의 아미노산으로 구성되어 있으며, 다양성이 풍부하다.
• 중심 원리(센트럴 도그마)의 모든 반응에 효소의 촉매가 관여하고 있다.
• 밀러-유리 실험에서 생성된 4종류의 아미노산(글리신, 알라닌, 아스파라긴산, 발린)을 중합시킨 펩타이드는 촉매 활성을 가지고 있다(GADV 가설).
• 또한 그 아미노산의 대응 코돈은 모두 G로 시작하며, 아미노산 배열에서 DNA, RNA로 정보가 전달된 흔적으로 생각된다(GNC 가설).

8. 6. 계통 발생과 LUCA

9. 적합한 지질학적 환경

생명의 기원에 대해 다양한 지질 및 환경적 배경이 제시되었다. 이러한 이론들은 생체 발생 이전 화합물의 가용성, 지구물리적 환경, 초기 생명체의 특징에 대한 견해가 다양하기 때문에 서로 경쟁하는 경우가 많다. 지구상의 최초 생명체는 LUCA와는 달랐을 것이다. 최초 생명체의 출현과 모든 현대 계통 발생이 분기하기 시작한 시점 사이에는 알 수 없는 시간이 흘렀으며, 알 수 없는 유전자 전이, 멸종, 그리고 다양한 환경적 틈새에 대한 진화적 적응이 있었다.^[214] 하나의 주요 변화는 RNA 세계에서 RNA-DNA-단백질 세계로의 전환으로 여겨진다. 현대 계통 발생은 LUCA의 선구자에 대한 것보다 LUCA에 대한 더 관련성 있는 유전적 증거를 제공한다.^[215]

생명 기원에 대한 가장 유력한 가설은 심해 열수 분출구와 지표면의 물체이다. 지표면의 물은 온천, 적당한 온도의 호수와 연못, 그리고 차가운 환경으로 분류할 수 있다.

9. 1. 심해 열수 분출구

9. 1. 1. 뜨거운 유체

9. 1. 2. 화학삼투 기울기

9. 1. 3. 분출구 환경에 대한 반론

9. 2. 지표면 수역

9. 2. 1. 온천

9. 2. 2. 온대 지표면 수역

9. 2. 3. 얼음 지표면 수역

9. 3. 대륙 지각 내부

10. 호모키랄성

호모키랄성은 카이랄(비거울대칭) 단위로 구성된 물질의 기하학적 균일성이다.^[269] 생명체는 거의 예외 없이 동일한 카이랄성(손잡이성)을 가진 분자를 사용한다.^[269] 아미노산은 왼손잡이이고, 뉴클레오타이드와 당은 오른손잡이이다. 카이랄 분자는 합성될 수 있지만, 카이랄 원천이나 카이랄 촉매가 없다면 두 가지 형태의 50/50(라세미) 혼합물로 생성된다.

11. 초자연설

고대에는 다양한 종교 경전에 "신이 세계와 생물을 창조했다"고 기록되어 있었다. 예를 들어 유대교의 『토라』(『모세오경』) 서두의 『창세기』 제1장에는 신(야훼)이 6일 동안 천지창조를 행하고, 7일째에 안식했다고 기록되어 있으며, 3일째에 식물을, 5일째에 물고기와 새를, 6일째에 짐승과 가축 그리고 신을 닮은 사람을 창조했다고 한다.^[284] 이러한 "생명은 신에 의한 천지창조 이래 끊임없이 이어져 왔다"는 설을 "생명 영구설"이라고도 한다.^[285] 『창세기』 6장부터 9장에는 노아의 방주 이야기가 묘사되어 있는데, 여기에는 모든 생물을 한 쌍씩 배에 태웠다는 내용이 나온다. 이것은 "다른 생물은 별도로 창조되었다"는 생각을 암묵적으로 보여준다.^[286] 유대교의 성서는 기독교에서도 『구약성서』로 계승되었고, 이러한 생명관·세계관은 기독교권에서 널리 믿게 되었다.

과학이 발달하기 전인 18세기 이전에는 성경에 기반한 창조론이 생명의 기원에 관한 가설처럼 취급되기도 했다.^[318] 하지만 과학의 발달과 함께 창조론은 종교 이론으로 분류되었으며, 과학적 근거의 부재로 과학계에서 퇴출되었다. 진화학을 비롯한 생물학의 발달과 화학진화와 같은 생화학 발달 및, 천문학과 지질학의 발달과 이들에 대한 올바른 이해의 과정을 담으려는 신학의 발달로 인해, 현재에는 근본주의를 제외하고는 유신진화론과 같은 방향의 창조론이 중심이 되게 되면서 기존의 전통적 창조론은 종교적 입지도 줄어들게 되었다.^[319] 학문적으로는 (신화학이나 문화인류학 등에서는) 종교 경전에 등장하는 "신이 세계(와 생물을) 창조했다"는 서술이나, 민담이나 민간전승에서 전해지는 유사한 이야기들을 포함하여 "신화"나 "창세 신화"로 분류하고 있다.

12. 아리스토텔레스의 설

고대 그리스에서는 신화와는 다른 사고방식이 나타나기 시작했고, 철학이 발달하기 시작했다고 여겨진다. “아르케”, 즉 만물의 기원·근원이 무엇인가에 대한 고찰이 이루어졌고, 철학자들에 의해 생물의 기원에 대한 고찰도 이루어졌다.^[286] 기원전 4세기 아리스토텔레스 시대에는 이미 자연 관찰과 해부를 바탕으로 많은 지식이 축적되어 있었다.^[286] 고대 그리스에서는 동물이 기본적으로 부모의 몸에서 태어난다는 것과 식물이 기본적으로 씨앗에서 태어난다는 것을 알고 있었다.

생명의 기원에 관한 최초의 학설은 기원전 4세기경 아리스토텔레스가 주장한 것으로 여겨진다. 그는 다양한 동물에 대한 상세한 관찰과 해부 결과, “생물은 부모로부터 태어나는 것도 있지만, 물질로부터 갑자기 발생하는 것도 있다^[287]”고 생각하여, 저서 『동물지』와 『동물 발생론』에서 꿀벌과 반딧불이는 풀의 이슬에서, 뱀장어와 새우는 해저의 진흙에서 발생한다고 기술했다. 현대 과학사에서는 일반적으로 이것을 “자연 발생설”이라고 부른다. 아리스토텔레스는 세상에는 생명의 기반이 되는 “생명의 배종(일종의 씨앗)”이 널리 퍼져 있으며, 이 생명의 배종이 물질을 조직하여 생명을 형성한다고 생각했다. 이것은 “'''배종설'''”이라고 불린다.

13. 자연 발생설을 둘러싼 연구의 역사

아리스토텔레스 시대부터 19세기까지 생명의 기원에 대한 고대의 한 관점은 자연 발생설이었다.^[18] 이 이론은 곤충과 같은 "하등한" 동물들이 부패하는 유기물질로부터 발생하고, 생명이 우연히 발생한다고 주장했다.^[19][20] 자연발생설은 현재 환경에서 생명이 계속 발생할 수 있다는 주장이며, 여기서 말하는 생명체는 현재와 같은 형태의 생명체를 의미한다. 이는 창조론을 기반으로 발전했으며, 현대 진화의 다양성을 형성할 수 있는 진화의 기본적 근거가 되었다.

17세기부터 토머스 브라운의 저서 ''의학적 허구(Pseudodoxia Epidemica)''와 같은 작품들에서 자연 발생설에 대한 의문이 제기되었다.^[21][22] 1665년 로버트 훅은 최초의 미생물 그림을 발표했고, 1676년 안토니 판 레이우엔훅은 원생생물과 박테리아로 추정되는 미생물을 그려서 묘사했다.^[23] 레이우엔훅은 자연 발생설에 동의하지 않았고, 1680년대에는 밀폐 및 개방된 고기 배양, 곤충 번식에 대한 연구를 통해 그 이론이 잘못되었다는 것을 확신했다.^[24] 1668년 프란체스코 레디는 파리가 알을 낳지 못하도록 하면 고기에 구더기가 나타나지 않는다는 것을 보여주었다.^[25] 19세기 중반까지 자연 발생설은 논박된 것으로 여겨졌다.^[26][27]

14. 화학 진화설

20세기에 들어와 최초의 생명 발생 이전에 유기물이 축적되었을 것이라고 생각하는 학자들이 나타났다. 이를 처음 주장한 사람은 소비에트 연방(소련)의 알렉산드르 오파린(Алекса́ндр Ива́нович Опа́рин)으로, 1922년 저서 『지구상에서의 생명의 기원』(地球上における生命の起源)에서 「무기물에서 유기물이 축적되고, 유기물의 반응에 의해 생명이 탄생했다」는 가설을 세웠다. 이것을 화학 진화설이라고 한다.^[281] 그의 설은 「수프설」, 「코아세르베이트설」 등으로도 불린다. 화학 진화설은 가장 이해가 간명하고 기본적인 생명 발생 과정이며, 현재의 자연 과학에서도 널리 받아들여지고 있다.^[281] 오파린의 설에 의한 고찰은 다음과 같은 요점으로 요약된다.

# 원시 지구의 구성 물질인 많은 무기물에서 저분자 유기물이 생성된다.

# 저분자 유기물은 서로 중합하여 고분자 유기물을 형성한다.

# 원시 해양은 곧 이러한 유기물의 축적도 볼 수 있는 「유기물 수프」이다.

# 이러한 원시 해양 속에서 지질이 수중에서 미셀화된 고분자 집합체(코아세르베이트)가 탄생한다.

# 코아세르베이트는 서로 붙었다 떨어졌다 분열하는 등 아메바처럼 행동한다.

# 코아세르베이트가 유기물을 흡수하는 과정에서 최초의 생명이 탄생하고, 우수한 대사계를 가진 것만이 생존해 왔다.

파스퇴르 이후 오파린이 이 설을 제창할 때까지 생명의 기원에 관한 고찰이나 실험이 이루어진 적이 없었으며, 생명의 기원에 대한 화학적 고찰의 선구가 되었다.^[281] 이 화학 진화설을 기반으로 20세기에 생명의 기원에 관한 여러 가지 고찰과 실험이 전개되었다. 이 설에서 논의되고 있는 초기의 생명은 유기물을 흡수하여 대사하고 있으므로, 종속 영양 생물이라고 생각된다(영양적 분류 참조).

유기물의 생성, 축적을 설명하는 실험이나 설로는 밀러-유리 실험(ユーリー-ミラーの実験)을 시작으로 존 버널(ジョン・バーナル) 등에 의한 표면 대사설(表面代謝説)이나 혜성(彗星)에서 온 것이라는 설 등이 있다.

15. 월드 가설

RNA 세계 가설은 DNA나 단백질이 없이 자기 복제 및 촉매 작용을 하는 RNA만 존재했던 초기 지구를 설명한다.^[171] 많은 연구자들은 현재 지구를 지배하는 DNA 기반 생명체 이전에 RNA 세계가 존재했어야 한다는 데 동의한다.^[172] 하지만 RNA 기반 생명체가 최초의 생명체였을 가능성은 없다.^[173][174]

RNA는 번역 과정에서 중심적인 역할을 하며, 작은 RNA는 생명에 필요한 모든 화학적 그룹과 정보 전달을 촉매할 수 있다.^[174][176] RNA의 화학적 구성 요소는 오늘날과 매우 다른 초기 지구의 조건에서 쉽게 합성될 수 있다. 리보솜의 구조는 "결정적 증거"로 여겨지는데, 펩타이드 결합 형성을 촉매하는 활성 부위 18 Å 이내에는 RNA의 중심 핵만 있고 아미노산 측쇄는 없다.^{[177][173][178]}

RNA 세계 개념은 1962년 알렉산더 리치에 의해 제안되었고,^[179] 그 용어는 1986년 월터 길버트에 의해 만들어졌다.^[174][180] 초기에는 시토신과 우라실의 비생물적 합성에 대한 설명에 어려움이 있었다.^[181] 그 후의 연구는 가능한 합성 경로를 보여주었다. 예를 들어, 포름아미드는 다양한 지구상 광물이 있는 상태에서 가열하면 네 가지 리보뉴클레오타이드와 다른 생물학적 분자를 생성한다.^[119][120]

RNA 복제효소는 코드와 촉매 모두로서 추가적인 RNA 복제 기능을 할 수 있으며, 즉 자기 촉매 작용을 할 수 있다. 잭 쇼스타크는 특정 촉매 RNA가 더 작은 RNA 서열을 연결하여 자기 복제 가능성을 만들 수 있음을 보여주었다. 서로의 합성을 촉매하는 두 개의 리보자임을 포함하는 RNA 복제 시스템은 약 1시간의 배가 시간을 보였고 실험 조건 하에서 자연 선택의 영향을 받았다.^{[182][183][173]} 초기 지구에 이러한 조건이 존재했다면, 자연 선택은 추가적인 기능을 추가할 수 있는 이러한 자기촉매 집합의 확산을 선호했을 것이다.^{[184][185][186]} RNA의 자기 조립은 열수 분출구에서 자발적으로 발생할 수 있다.^{[187][188][189]}

단백질 합성의 가능한 전구체에는 짧은 펩타이드 보조 인자의 합성 또는 RNA의 자기 촉매적 복제가 포함된다. 일부 역할이 단백질로 대체되었지만, 조상 리보솜은 전적으로 RNA로 구성되었을 가능성이 높다. 이 주제에 대한 주요 잔여 질문에는 리보솜 진화의 선택적 힘을 식별하고 유전 암호가 어떻게 생겨났는지 확인하는 것이 포함된다.^[191]

유진 쿠닌은 "현재 생물 시스템의 핵심을 구성하고 생물 진화의 명백한 전제 조건인 복제와 번역의 기원에 대한 설득력 있는 시나리오는 없다. RNA 세계 개념은 이러한 수수께끼를 해결할 수 있는 가장 좋은 기회를 제공할 수 있지만, 지금까지는 효율적인 RNA 복제효소나 번역 시스템의 출현을 충분히 설명할 수 없다."라고 주장했다.^[192]

DNA를 유전정보 저장, RNA를 매개체로 하여 단백질을 발현하는 흐름인 중심원리는 일부 바이러스를 제외하고 모든 생물에 적용된다. 1950년대부터 화학 진화 이후 최초의 생명체에서 이 세 가지 물질 중 어느 것이 틀이 되었는가에 대한 논의가 있어 왔다. 그러한 설의 명칭이 DNA 월드 가설, RNA 월드 가설, 단백질 월드 가설이다.

이 세 가지 설을 통합하는 견해는 얻어지지 않았고, 정보의 저장, 촉매 작용을 쟁점으로 하여 아직도 논쟁이 그치지 않는다. 참고로, 이러한 설을 일부 융합시킨 DNA-단백질 월드 가설과 같은 설도 존재한다.

16. 판스페르미아설

기원전 5세기에 아낙사고라스가 주장한 범종설은^[28] 생명이 우주 전체에 존재하며 운석, 소행성, 혜성^[29] 및 미행성^[30]에 의해 분포된다는 가설이다.^[31] 1906년에는 스반테 아레니우스가 이 가설을 제창하며 "판스페르미아설"이라는 이름을 붙였다.^[301]

범종설은 생명이 어떻게 기원했는지를 설명하기보다는 지구 생명의 기원을 다른 천체로 옮기는 것이다.^[32] 생명이 각 행성에서 발생할 필요 없이, 제한된 장소 또는 단일 장소에서 형성된 후 혜성이나 운석 충돌을 통해 다른 항성계로 퍼져 나갈 수 있다는 장점이 있다.^[32] 그러나 이 가설은 주로 답변의 필요성을 회피하는 데 사용되었기 때문에 과학적 지지를 많이 받지 못했다. 그럼에도 불구하고, 운석 연구에서 유기 물질의 흔적이 발견되면서 범종설에 대한 관심이 다시 높아졌다.^[32]

DNA 이중나선으로 유명한 프랜시스 크릭과 물리학자이자 SF 작가인 프레드 호일은 20세기 후반의 유명한 범종설 지지자였다.^[301] 2006년부터 일본 과학자들은 민들레 프로젝트를 통해 우주 공간에서 부유 물질을 채취하고 분석하는 연구를 진행하고 있다. 이 조사를 통해 지구 지표면에서 우주 공간까지 생명 관련 물질이 도달하는 것이 확인되면, 행성 간 유기물 이동이 일반적일 수 있다는 가능성을 제시할 수 있다.^[301]

17. 생물 진화로부터 생명의 기원을 찾는 접근

1977년, 칼 워즈 등에 의해 세 번째 도메인으로 고세균이 제안되면서, 이를 포함한 호열균 및 극한 환경 미생물의 연구가 진행되었다. 이러한 연구를 통해 생명의 기원에 가까운 생물군의 경향이 명확해졌다. 이에 따라 생물 진화를 거슬러 올라가는 방향으로 생명의 기원을 탐구하는 접근이 가능해졌다.^[203][204]

생명 탄생 이후의 생물 진화에서 생명의 기원을 탐구하는 시도는 화학 진화설과 달리 매우 많은 생명체 표본을 필요로 했다. 많은 표본을 사용하면서 진정세균, 고세균, 진핵생물의 계통수를 그리는 것부터 그러한 시도가 시작되었다고 할 수 있다. 진화 계통수를 그리는 시도는 종래 저분자 단백질 아미노산 배열(페레독신, 시토크롬 c 등)을 기반으로 한 것이 많았지만, DNA 시퀀싱법이나 PCR법의 확립 등에 따라 더 큰 데이터를 다룰 수 있게 되었다. 16S rRNA 계통 분석에 따르면, 최초 공통 조상에 가까운 원시적인 생물은 호열성을 나타내는 것이 많이 보인다는 사실이 밝혀졌다. 그러나 최초의 생물이 어떠한 것이었는지가 명확해지려면 아직 연구 중이다.

1977년 칼 우즈의 연구를 시작으로, 게놈 연구는 모든 현대 생명체의 최후의 만능 공통 조상(LUCA)을 생명의 계통 발생 나무에서 세균과 고세균 및 진핵생물로 이루어진 분지군 사이에 위치시켰다. LUCA는 40억 년 전보다 오래전에 살았다.^[199][200] 일부 연구는 LUCA를 세균으로 분류하고, 고세균과 진핵생물이 진정세균 내에서 진화적으로 파생되었다고 제안했다.^[201] 토마스 카발리어-스미스는 2006년에 표현형이 다양한 세균 문인 클로로플렉소타가 LUCA를 포함하고 있다고 제안했다.^[202]

2016년, LUCA에 존재했을 가능성이 높은 355개의 유전자가 확인되었다. 세균과 고세균의 총 610만 개의 원핵생물 유전자가 시퀀싱되어, 286,514개의 단백질 클러스터 중에서 LUCA에 공통적이었을 가능성이 높은 355개의 단백질 클러스터가 확인되었다. 그 결과는 LUCA가 우드-융달(환원 아세틸-CoA) 경로를 가진 혐기성 생물이며, 질소와 탄소를 고정하는 호열성 생물이었음을 시사한다. 보조인자는 수소, 이산화탄소, 철 및 전이 금속이 풍부한 환경에 대한 의존성을 시사한다. 그 유전 물질은 아마도 DNA였을 것이며, 4-뉴클레오타이드 유전 암호, 메신저 RNA, 전달 RNA, 그리고 리보솜이 필요하여 암호를 효소와 같은 단백질로 번역했을 것이다. LUCA는 지구화학적으로 활동적인 환경에서 혐기성 열수 분출구 환경에 서식했을 가능성이 높다. 분명히 이미 복잡한 유기체였으며 전구체가 있었을 것이다. 최초의 생명체는 아니었다.^[203][204] LUCA의 생리학은 논쟁의 여지가 있다.^{[205][206][207]} 이전 연구에서는 모든 생명체에 공통적인 60개의 단백질을 확인했다.^[208]

Leslie Orgel은 유전 암호의 초기 번역 기구가 오류 재앙에 취약할 것이라고 주장했다. 그러나 Geoffrey Hoffmann은 그러한 기구가 "Orgel의 역설"에 대해 기능적으로 안정적일 수 있음을 보여주었다.^{[209][210][211]} LUCA에서 추론된 대사 반응에는 불완전한 TCA 회로 역반응, 당신생합성, 펜토스 인산 경로, 해당 과정, 환원적 아미노화, 그리고 전이 아미노화가 있다.^[212][213]

화학 진화설에 관한 고찰과 실험은 “아마도 무기물에서 생명으로의 진화가 일어났을 것이다”라고 추론하고, 가능할지도 모르는 경로에 대해 더 자세한 가설을 세우거나, 각 가설이 실제로 일어날 수 있는지, 과학자들이 추정한 태고의 지구 환경을 “in vitro”에서 구체적으로 실험하는 것이었으며, 1980년대까지는 그러한 흐름이 지배적이었다. 그러나 많은 과학자들이 태고의 지구에 있었을 환경을 만들고, 예를 들어 번개 등을 재현하기 위해 고압 전류를 흘리는 등의 검증 실험을 아무리 해도 생명이 탄생하는 일은 일어나지 않았기 때문에, 점차 화학 진화론에 관한 검증 실험을 하지 않게 되었다.

17. 1. "심해 열수공에서의 독립 영양 생물"이 최초의 생명이라는 설

17. 2. 지하에서 발생했다는 설

17. 3. 세포막과 지질

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