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칼 워즈

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1. 개요

칼 워즈는 1928년 미국에서 태어나 2012년 사망한 미국의 미생물학자이다. 그는 리보솜 RNA(rRNA)를 이용한 생물 분류학의 선구자이며, 1977년 RNA 세계 가설을 고안했다. 또한, 세균, 고세균, 진핵생물의 3가지 도메인으로 생물을 분류하는 세 도메인 시스템을 제안하여 생물학적 분류 체계에 큰 영향을 미쳤다. 워즈는 유전 암호 연구와 수평적 유전자 이동에 대한 연구를 수행했으며, 미생물 연구를 통해 생명 진화와 생태계 이해에 기여했다.

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칼 워즈 - [인물]에 관한 문서
기본 정보
이름칼 리처드 워즈
출생1928년 7월 15일
출생지뉴욕주시러큐스
사망2012년 12월 30일
사망지일리노이주어배너
2004년의 칼 워즈
2004년의 워즈
분야미생물학
학력
모교애머스트 대학교
예일 대학교
학위 논문 제목동물의 바이러스에 대한 물리적 연구
학위 논문 URL학위 논문 URL
학위 논문 연도1953년
박사 지도교수어니스트 C. 폴라드
주목할 만한 제자데이비드 스탈
경력
근무 기관일리노이 대학교 어배너-샴페인
업적
주요 업적고세균을 생명의 도메인으로 인정
수상
수상 내역레이우엔훅 메달 (1992년)
셀먼 A. 왁스먼 상 (1995년)
미국 국가 과학 훈장 (2000년)
크라포르드 상 (2003년)

2. 생애 및 교육

칼 워즈는 1928년 7월 15일 뉴욕주 시러큐스에서 태어났다. 그의 가족은 독일계 미국인이었다. 워즈는 매사추세츠주에 있는 디어필드 아카데미를 다녔으며, 1950년 애머스트 칼리지에서 수학물리학 학사 학위를 받았다. 애머스트 재학 시절, 그는 생물학 강좌를 단 하나(생화학)만 수강했고 식물이나 동물에 대한 과학적 관심이 거의 없었다. 그러나 당시 애머스트의 물리학 조교수였던 윌리엄 M. 페어뱅크는 그에게 예일 대학교에서 생물물리학을 공부할 것을 권유했다.[10]

1953년, 워즈는 예일 대학교에서 생물물리학으로 박사 학위를 받았다. 그의 박사 논문은 열과 이온화 방사선에 의한 바이러스 비활성화 연구에 중점을 두었다.[11][12] 이후 로체스터 대학교에서 2년 동안 의학을 공부하기도 했다.[12] 다시 예일 대학교로 돌아와 생물물리학 연구원으로서 박테리아 포자를 연구했다.[13]

1960년부터 1963년까지는 뉴욕주 스케넥터디에 위치한 제너럴 일렉트릭 연구소에서 생물물리학자로 근무했다.[11][14] 1964년, 워즈는 일리노이 대학교 어배너-섐페인의 미생물학과 교수로 임용되어 고세균, 유전체학, 분자 진화를 주요 연구 분야로 삼았다.[9][11][14] 그는 훗날 그의 이름을 따 개명된 일리노이 대학교 어배너-섐페인의 칼 R. 워즈 유전체 생물학 연구소의 교수로 재직했다.[14]

2006년에는 런던 왕립 학회의 외국인 회원으로 선출되었다.

2012년 12월 30일, 워즈는 일리노이주 어바나의 자택에서 췌장암 합병증으로 사망했다.[48] 그의 유족으로는 아내 가브리엘라와 아들, 딸이 있다.[15][16][17]

3. 연구 업적 및 발견

애머스트 대학교에서 수학물리학을 전공한 후, 예일 대학교에서 미생물학으로 전향했다.

리보솜 RNA (rRNA) 염기서열 분석을 이용한 생물 분류학의 선구자로, 1977년 유전자의 유사성에 기반하여 생물을 분류하는 새로운 체계를 제시했다.[47] 그는 생명체를 세균, 고세균, 진핵생물의 세 영역으로 나누었으며, 특히 고세균이 기존의 세균이나 진핵생물과는 다른 독자적인 생물군임을 밝혔다. 이는 기존의 형태나 대사 중심의 분류와는 다른 혁신적인 접근법이었다. 또한 RNA 세계 가설을 고안하기도 했다(이 명칭은 월터 길버트가 붙였다).[47]

그의 이론은 발표 초기 살바도르 에드워드 루리아, 에른스트 마이어 등 저명한 생물학자들의 반대에 부딪혔으나, 점차 학계의 인정을 받게 되었다.[47]

2006년에는 런던 왕립 학회의 외국인 회원으로 선출되었다. ''Pyrococcus woesei'', ''Methanobrevibacterium woesei'', ''Conexibacter woesei'' 등의 미생물 학명은 그의 업적을 기리기 위해 헌명된 것이다.

3. 1. 유전 암호 초기 연구

1960년 가을, 칼 워즈는 제너럴 일렉트릭의 놀스 연구소에 연구실을 열면서 유전 암호 연구에 관심을 갖기 시작했다.[12] 당시 과학계는 1953년 제임스 왓슨, 프랜시스 크릭, 로절린드 프랭클린DNA 구조를 밝힌 이후, 20개의 아미노산과 4개의 핵산 염기 사이의 관계, 즉 유전 암호를 해독하는 데 집중하고 있었다.[31]

워즈는 이 주제에 관한 여러 논문을 발표했다. 그중 한 논문에서는 당시 '가용성 RNA'로 알려진 분자와 DNA 사이의 관계를 각 염기쌍 비율을 기반으로 추론했다.[18] 또한, 그는 바이러스가 각 아미노산을 지정하기 위해 염기 3개로 이루어진 삼중체가 아닌 단일 염기를 사용한다는 가설과 관련된 실험 데이터를 재검토하여 18개의 코돈을 제안했으며, 특히 프롤린에 대한 코돈을 정확하게 예측하는 성과를 거두었다.[12][19] 워즈는 당시 주류 연구들이 단백질 번역의 기계적인 과정을 밝히는 데 집중하면서 정작 유전 암호의 진화적 기원은 부차적인 문제로 간과하고 있다고 보았다.[31]

1962년, 워즈는 유전자 발현과 유전자 조절에 대한 분자 생물학 연구가 활발했던 프랑스 파스퇴르 연구소에서 몇 달간 객원 연구원으로 지냈다.[12] 파리 체류 중 그는 솔 스피겔만을 만났고, 스피겔만은 워즈의 연구 목표를 듣고 그를 일리노이 대학교 방문하도록 초청했다. 이 방문 이후 스피겔만은 워즈에게 1964년 가을부터 즉시 종신 재직권이 보장되는 교수직을 제안했다.[12] 주류 생물학 연구의 압박에서 벗어나 보다 자유롭게 자신의 탐구적인 연구를 추구할 수 있는 환경을 얻게 된 워즈는 유전 암호를 진화론적인 관점에서 고찰하기 시작했다. 그는 코돈 할당과 이것이 아미노산 서열로 번역되는 과정이 어떻게 진화해왔는지에 대한 근본적인 질문을 던지며 연구를 이어갔다.[12][20]

3. 2. 제3의 생물 영역 발견

20세기 대부분 동안 원핵생물은 하나의 생물군으로 여겨졌고, 생화학, 형태학, 대사 등을 기준으로 분류되었다. 1962년, 로저 스테니어와 C. B. 반 닐은 생물을 세포 핵 유무에 따라 원핵생물진핵생물로 나누는 중요한 개념을 제시했다.[21][22] 이 구분은 빠르게 받아들여졌지만, 당시 미생물학자들은 박테리아의 자연적인 계통 발생 분류를 만드는 것에 회의적이었다.[23] 일반적으로 모든 생명체는 공통의 원핵생물 조상에서 유래했다고 여겨졌다.[22][24]

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1977년, 칼 워즈와 조지 E. 폭스는 기존의 생물 계통수에 대한 통념을 뒤엎는 연구 결과를 발표했다.[32] 그들은 '고세균'(Archaea)이라는 새로운 미생물 그룹을 발견했는데,[5] 이들이 식물과 동물이 서로 다른 것처럼 세균(Bacteria)과도 뚜렷하게 구별되는 생명의 '세 번째 영역'을 형성한다고 주장했다.[5] 워즈는 고세균을 세균도, 진핵생물도 아닌 새로운 (kingdom)로 정의하며, 기존의 형태적 유사성이 아닌 유전자 분석(특히 리보솜 RNA, 즉 rRNA)에 기반한 분류 체계를 새롭게 제시했다. 그의 세 도메인 시스템은 모든 생명체를 세균, 고세균, 진핵생물역이라는 세 개의 큰 영역(domain) 아래 23개의 주요 문(division)으로 나누었다.[3][47] 이는 기존의 물리적, 화학적 분류 방식과 전혀 다른 혁신적인 접근이었다.[47] 워즈는 또한 1977년RNA 세계 가설을 제안하기도 했다(RNA 세계라는 명칭 자체는 길버트가 붙였다).[47]

워즈의 혁신적인 분류 체계는 즉각적으로 받아들여지지 않았다. 살바도르 루리아와 에른스트 마이어를 포함한 저명한 생물학자들은 원핵생물을 둘로 나누는 것에 강하게 반대했다.[25][26][47] 워즈는 10년간의 고된 올리고뉴클레오티드 목록화 작업으로 인해 '괴짜'라는 평판을 얻기도 했으며, 사이언스 저널 기사에서는 "미생물학의 상처 입은 혁명가"로 묘사되기도 했다.[27] 그러나 워즈의 주장을 뒷받침하는 증거들이 계속 쌓이면서, 과학계는 1980년대 중반 무렵 고세균의 존재를 인정하기 시작했다.[12] 오늘날에는 원핵생물을 단일 그룹으로 보는 과학자는 거의 없다.

고세균의 발견은 지구 외 다른 행성에서의 생명체 탐사에도 중요한 의미를 지닌다. 발견 초기에는 고세균이 극한 환경에 적응한 특별한 생물로 여겨졌지만, 현재는 오히려 지구 초기 생명체와 깊은 연관이 있는 고대 생명체일 가능성이 높다고 본다.[28] 극한 환경에서 살아가는 고세균과 유사한 생명체가 극호성 생물이 살기에 적합한 환경을 가진 다른 행성에도 존재할 수 있다는 가능성을 제시했기 때문이다.[29]

워즈의 연구는 미생물 세계의 엄청난 다양성을 밝혀냈다. 단세포 생물들이 지구 생물권의 유전적, 대사적, 생태적 다양성의 대부분을 차지한다는 사실을 보여주었다.[30] 미생물은 여러 생지화학적 순환과 생태계 유지에 필수적인 역할을 하므로, 이들의 진화와 다양성을 규명한 워즈의 연구는 생태학자와 보존론자에게 매우 중요한 기여를 했다. 이는 진화 이론과 생명 역사 연구에 큰 획을 그은 업적으로 평가받는다.[31]

워즈 자신은 자신의 연구에 대해 "나의 진화적 관심은 세균과 고세균에 집중되어 있으며, 이들의 진화는 지구의 45억 년 역사 대부분을 포괄한다. 리보솜 RNA 서열을 진화적 척도로 사용하여, 나의 연구실에서는 두 그룹의 계통 발생을 재구성했으며, 이를 통해 원핵생물을 위한 계통 발생학적으로 타당한 분류 시스템을 제공했다. 실제로 고세균의 발견은 이러한 연구의 결과였다."라고 설명했다.[11]

3. 3. 수평적 유전자 이동과 초기 세포 진화

워즈는 유기체 사이에서 상당한 수평적 유전자 이동이 활발하게 일어나며 급격한 진화가 진행된 시기가 있었을 것이라고 추측했다.[32][33] 1977년 논문에서 처음 제시하고, 1980년 미생물학자 제인 깁슨과 함께 더 깊이 탐구한 이 개념에 따르면, 초기 유기체인 원핵생물은 오류 발생 가능성이 높은 번역 장치를 가진 원시적인 세포였다. 이 "시끄러운 유전자 전달 채널"은 높은 돌연변이율을 유발하여 세포 간 상호작용의 정밀성을 떨어뜨리고 유전체 크기 증가를 제한했다.[34][35] 워즈는 이 초기 번역 장치가 특정 단일 단백질보다는 구조적으로 유사하고 기능적으로 동등한 여러 단백질 그룹을 생산했을 것이라고 보았다.[32] 또한, 이러한 낮은 정밀성 때문에 모든 세포 구성 요소가 수평적 유전자 이동에 쉽게 노출되었고, 이는 생태계 전체 수준에서 빠른 진화를 가능하게 했다.[33][36]

현대 세포로의 전환, 즉 워즈가 "다윈적 문턱"이라고 부른 시점은 유기체가 오늘날과 같이 정교하고 충실도 높은 번역 메커니즘을 진화시켰을 때 도래했다. 번역의 정확성이 향상되면서 세포 조직은 더욱 복잡하고 긴밀하게 연결되었고, 결과적으로 외부 유기체의 유전자가 개체 고유의 유전자를 쉽게 대체할 수 없게 되었다.[33]

후기에 워즈는 유전체 분석을 통해 수평적 유전자 이동(HGT)이 진화 과정에서 얼마나 중요한 역할을 했는지 규명하는 데 연구의 초점을 맞추었다.[37] 그는 특히 아미노아실-tRNA 합성효소의 계통 발생을 상세히 분석하고, 수평적 유전자 이동이 이 핵심적인 효소들이 다양한 유기체에 분포하는 방식에 어떤 영향을 미쳤는지 연구했다.[38] 이러한 연구의 궁극적인 목표는 생명의 세 영역인 고세균, 진정세균, 진핵생물RNA 세계라는 공통 조상 상태에서 어떻게 분화되어 나왔는지 설명하는 것이었다.[11]

4. 생물학에 대한 관점

워즈는 ''Current Biology''에 기고한 글을 통해 생물학의 과거, 현재, 미래에 대한 자신의 관점을 공유했다.[10] 그는 21세기 생물학이 직면한 "중요한 질문"들이 궁극적으로는 생물학적 조직의 본질과 생성이라는 하나의 근본적인 문제로 수렴된다고 보았다. 워즈는 다윈의 시대와 달리 현대 과학은 생물학의 더 깊은 차원을 탐구할 수 있게 되었으며, 이제 진화 연구는 단순히 종의 형태를 분류하는 것을 넘어 "진화의 과정 자체"에 초점을 맞춰야 한다고 주장했다.[10]

워즈는 생물학적 조직에 대한 탐구가 크게 두 가지 방향으로 나아가고 있다고 진단했다.[10] 첫 번째 방향은 단백질을 기반으로 한 세포 조직의 진화 과정에 대한 이해이다. 이는 번역 장치와 유전 암호의 진화, 세포 내 다양한 과정들을 정밀하게 조절하고 연결하는 제어 체계의 기원과 본질, 그리고 오늘날 존재하는 다양한 세포 유형들이 과연 단일한 공통 조상으로부터 유래했는지 등의 하위 질문들을 포함한다.[10] -- 이러한 관점에서 워즈는 리보솜 RNA (rRNA) 염기서열 분석이라는 혁신적인 방법을 통해 생물 분류학에 새로운 지평을 열었다. 그는 유전자의 유사성을 바탕으로 생물을 분류하여 세균, 고세균, 진핵생물이라는 세 가지 근본적인 생명의 영역(Domain)을 제안했는데, 이는 기존의 형태나 대사 중심의 분류 방식과는 완전히 다른 접근이었다. 이 때문에 살바도르 에드워드 루리아, 에른스트 마이어와 같은 당시 주류 생물학자들로부터 상당한 반발에 직면하기도 했다.[47]

두 번째 주요 방향은 지구 생태계의 본질을 이해하는 것이다. 워즈는 특히 박테리아를 포함한 미생물이 수, 총 질량, 지구적 순환과 균형에 미치는 중요성 측면에서 "이 행성에서 가장 중요한 유기체"라고 강조했다. 따라서 그는 미생물 생태학 분야가 사실의 축적과 해석 틀 마련 양쪽 모두에서 가장 발전이 필요한 영역이라고 역설했다.[10]

더 나아가 워즈는 생물학이 사회 내에서 단순한 기술 개발이나 "엔지니어링된 환경" 추구를 넘어 더 근본적이고 중요한 역할을 수행해야 한다고 믿었다. 그는 과학이 사회가 당면한 응용 문제를 해결하는 실용적인 도구 역할과 동시에, 사회 구성원들이 세계와 자기 자신을 더 깊이 이해하도록 돕는 스승의 역할을 해야 한다고 주장했다. 워즈는 특히 현대 사회에서 과학의 이러한 교육적 기능이 효과적으로 수행되지 못하고 있음을 비판적으로 지적했다.[10]

5. 수상 및 유산

워즈는 다양한 학술적 영예를 안았다. 1984년에는 맥아더 펠로우로 선정되었고, 1988년에는 미국 국립 과학원 회원으로 선출되었다. 1992년에는 미생물학 분야 최고 영예인 레벤후크 메달을 수상했으며, 1997년에는 미국 국립 과학원으로부터 설먼 A. 왁스먼 미생물학상을 받았다.[39] 2000년에는 미국 국가 과학 메달 수상자로 선정되었고, 2003년에는 "생명의 세 번째 영역 발견"의 공로로 스웨덴 왕립 과학 아카데미로부터 크라포드 상을 받았다.[40][41] 2004년에는 미국 철학 학회 회원으로 선출되었으며,[42] 2006년에는 왕립 학회의 외국인 회원이 되었다.[9]

연도수상 내역
1984년맥아더 펠로우
1988년미국 국립 과학원 회원 선출
1992년레벤후크 메달
1997년설먼 A. 왁스먼 미생물학상[39]
2000년미국 국가 과학 메달
2003년스웨덴 왕립 과학 아카데미 크라포드 상[40][41]
2004년미국 철학 학회 회원 선출[42]
2006년왕립 학회 외국인 회원[9]



워즈의 업적을 기리기 위해 ''Pyrococcus woesei'',[43] ''Methanobrevibacter woesei'',[44] ''Conexibacter woesei'' 등 여러 미생물 종에 그의 이름이 붙여졌다.

스탠퍼드 대학교의 미생물학자 저스틴 서넨버그는 워즈의 1977년 논문에 대해 "미생물학, 어쩌면 모든 생물학 분야에서 가장 영향력 있는 논문 중 하나"라며, "이 논문은 왓슨크릭, 다윈의 연구와 어깨를 나란히 하며, 놀라운 미생물 세계의 진화적 틀을 제공했다"고 평가했다.[31]

콜로라도 대학교 볼더의 노먼 R. 페이스 교수는 수평 유전자 전달을 주요 진화 과정으로 본 워즈의 연구를 높이 평가하며, "워즈는 다윈을 포함하여 역사상 어떤 생물학자보다 생물학 전반에 더 많은 기여를 했다고 생각한다... 아직 배울 것이 많고, 그는 떠오르는 이야기를 훌륭하게 해석해 왔다"고 말했다.[46]

6. 주요 출판물


  • 칼 워즈 (1967). ''유전 암호: 유전적 발현의 분자적 기초''. 뉴욕: 하퍼 & 로우. OCLC 293697.
  • 칼 R. 우즈; 조지 E. 폭스 (1977년 11월). "원핵생물 영역의 계통 발생 구조: 주요 왕국". ''미국 국립 과학원 회보''. 74 (11): 5088–5090. Bibcode:1977PNAS...74.5088W. doi:10.1073/pnas.74.11.5088. PMC 432104. PMID 270744.
  • 칼 R. 우즈 (1987년 6월 1일). "세균 진화". ''미생물학 리뷰''. 51 (2): 221–271. doi:10.1128/MMBR.51.2.221-271.1987. PMC 373105. PMID 2439888.
  • 칼 R. 우즈; 오토 칸들러; 마크 휠리스 (1990). "유기체의 자연적 시스템을 향하여: 고세균, 세균진핵생물 영역 제안". ''미국 국립 과학원 회보''. 87 (12): 4576–4579. Bibcode:1990PNAS...87.4576W. doi:10.1073/pnas.87.12.4576. PMC 54159. PMID 2112744.
  • 칼 R. 우즈 (2004년 6월 1일). "새로운 세기를 위한 새로운 생물학". ''미생물학 및 분자 생물학 리뷰''. 68 (2): 173–186. doi:10.1128/MMBR.68.2.173-186.2004. PMC 419918. PMID 15187180.
  • 칼 R. 우즈 (2005). "진화하는 생물학적 조직". 얀 삿프 편집. ''미생물 계통 발생 및 진화: 개념과 논쟁''. 옥스퍼드 대학교 출판부. 99–117쪽. ISBN 9780198037774. [https://books.google.com/books?id=SMvLpiK-fgsC&q=Evolving+Biological+Organization&pg=PA99 장 URL].
  • 칼 R. 우즈 (2006). "세균세균학을 어떻게, 하지 않고, 해야 하는가". ''원핵생물''. 3–23쪽. doi:10.1007/0-387-30741-9_1. ISBN 978-0-387-30741-1.
  • 칼 R. 우즈; 나이젤 골든펠드 (2009). "어떻게 미생물 세계가 분자 생물학의 스킬라와 현대 종합의 카리브디스에서 진화를 구했는가". ''미생물학 및 분자 생물학 리뷰''. 73 (1): 14–21. doi:10.1128/MMBR.00002-09. PMC 2650883. PMID 19258530.

참조

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[2] 웹사이트 Say How? A Pronunciation Guide to Names of Public Figures https://www.loc.gov/[...] 2012-08
[3] 논문 Towards a natural system of organisms: proposal for the domains Archaea, Bacteria, and Eucarya
[4] 논문 Archaebacteria
[5] 논문 Phylogenetic structure of the prokaryotic domain: The primary kingdoms 1977-11-01
[6] 서적 The Genetic Code: the Molecular basis for Genetic Expression Harper & Row
[7] 논문 Carl Woese (1928–2012) Discoverer of life's third domain, the Archaea
[8] 논문 Retrospective: Carl R. Woese (1928-2012)
[9] 웹사이트 U. of I. microbiologist Carl Woese elected to Royal Society http://news.illinois[...] 2006-05-19
[10] 논문 Q & A
[11] 웹사이트 Carl R Woese, Professor of Microbiology http://mcb.illinois.[...] University of Illinois Urbana–Champaign
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[13] 논문 Phage induction in germinating spores of Bacillus megaterium
[14] 웹사이트 Visionary UI biologist Carl Woese, 84, dies http://www.news-gaze[...] 2012-12-30
[15] 뉴스 Carl Woese dies; evolutionary biologist was 84 https://www.washingt[...] 2013-01-19
[16] 웹사이트 Carl R. Woese: 1928 – 2012 http://www.igb.illin[...] 2012-12-30
[17] 뉴스 Carl Woese Dies at 84. Discovered Life's 'Third Domain' https://www.nytimes.[...] 2012-12-31
[18] 논문 Composition of various ribonucleic acid fractions from micro-organisms of different deoxyribonucleic acid composition
[19] 논문 Coding ratio for the ribonucleic acid viruses
[20] 논문 Universality in the Genetic Code
[21] 논문 The concept of a bacterium
[22] 논문 Problems with "Procaryote"
[23] 논문 The Prokaryote-Eukaryote Dichotomy: Meanings and Mythology
[24] 서적 Molecular Phylogeny of Microorganisms Caister Academic Press 2010-07-01
[25] 논문 Two empires or three?
[26] 논문 The structure of microbial evolutionary theory 2007-12
[27] 논문 Microbiology's scarred revolutionary 1997-05-02
[28] 논문 Archaeal phylogenomics provides evidence in support of a methanogenic origin of the Archaea and a thaumarchaeal origin for the eukaryotes 2010-09-29
[29] 논문 Hyperthermophiles in the history of life 2006-10-29
[30] 서적 The Prokaryotes
[31] 논문 Woese and Fox: Life, rearranged 2012-01-17
[32] 논문 Phylogeny and beyond: Scientific, historical, and conceptual significance of the first tree of life 2012-01-24
[33] 논문 On the evolution of cells 2002-06-25
[34] 논문 The concept of cellular evolution
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