화학진화
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1. 개요
화학진화는 무기물에서 유기물이 생성되고, 세포막이 형성되며, 유전 정보 전달 및 복제 시스템이 갖춰지는 과정을 연구하는 학문이다. 알렉산드르 오파린의 오파린 가설에서 시작하여 밀러-유리 실험을 통해 유기물 합성을 증명했으며, 코아세르베이트, 리포좀, 마이크로스피어 가설을 통해 세포막 형성 과정을 설명한다. 또한 RNA 세계 가설을 통해 RNA의 역할과 DNA로의 진화를 제시하며, 원시 수프 모델과 심해 열수구 모델 등 생명 기원에 대한 다양한 모델을 포함한다. 화학진화는 생명의 기원을 연구하는 생화학 분야이며, 생물의 진화와는 다른 개념이다.
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| 화학진화 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 생명의 기원, 즉 무생물에서 생명체가 발생하는 과정에 대한 과학적 가설 |
| 다른 이름 | 화학적 진화 |
| 이론적 배경 | |
| 주요 주장 | 생명체는 단순한 무기물에서 시작하여 점진적인 화학 반응을 통해 복잡한 유기물로 발전했으며, 이것이 최초의 생명체의 기원이라고 주장함 |
| 밀러-유리 실험 | 원시 지구 환경을 모사한 실험을 통해 무기물에서 아미노산과 같은 유기물이 합성될 수 있음을 보임 |
| RNA 세계 가설 | 초기 생명체는 DNA 대신 RNA를 유전 물질로 사용했을 것이라는 가설 |
| 포름아미드 화학 | 포름아미드의 고에너지 화학 반응을 통해 핵염기 형성에 대한 통합 메커니즘 제시 |
| 추가 정보 | |
| 관련 정보 | 지구 생명 탄생의 비밀 - RNA 염기 합성 초기 조건 모의 실험 |
| 참고 문헌 | Svatopluk Civiš, Martin Ferus, David Nesvorný, "High-energy chemistry of formamide: A unified mechanism of nucleobase formation," PNAS, January 2015 |
2. 역사
화학진화는 최초의 생물이 어떻게 나타나게 되었는가를 설명하며 생명의 기원과 밀접한 관계가 있다. 그러나, 현재까지의 연구 결과만으로는 최초의 생물 발생 기원은 확실하게 알려져 있지 않다.[3] 오늘날 과학적 합의는 단순한 화학 반응들의 복합적 상호작용에 의해 최초의 생물이 발생하였다는 것이지만, 어떻게 발생이 일어나는지에 대해서는 확실히 알려진 바가 없다.[4] 현재까지는 최초 공통 조상 또는 최초의 유전자 풀의 구조와 형태에 대한 단편적인 고찰만이 이루어져 있다.[5] 현재 제시된 가설로는 RNA와 같은 분자 단위 물질의 자기 복제나,[6] 단순 세포의 결집[7] 등이 있다.
2. 1. 유기물 생성
화학진화의 역사는 알렉산드르 오파린의 책 《생명의 기원》에서 설명하는 오파린 가설로부터 시작되었다. 이는 원시수프로부터의 생명의 탄생을 논의한 가설로서, 스탠리 밀러와 해럴드 클레이턴 유리에 의해 이루어진 밀러 유리 실험으로 아미노산을 합성함에 따라 무기물로부터 유기물이 생성될 수 있음을 보여주었다.[3] 이는 폭스의 실험등으로 점차 힘을 얻었으며, 이와같은 실험들은 다양한 방법으로 재현되었으며, 다양한 아미노산이 형성됨을 보여주었다. 또한 2015년에는 레이저 핵산 합성 실험을 통해 핵산이 생성될 수 있음을 보여주었다.2. 2. 세포막 형성
세포막의 형성은 코아세르베이트의 형성과정에 관한 가설로 시작하여, 리포좀 가설과 마이크로스피어 가설 등으로 체계화되었다. 이는 생물학 연구와 연결되어 세포내 공생설 등, 진핵세포의 형성과 같은 연구와도 연계가 되었다.2. 3. RNA 세계와 전사, 번역 시스템
분자생물학의 중심원리가 어떻게 형성되었는지에 관한 연구에서, 리보자임의 발견은 RNA에 촉매 기능도 있어 전사와 번역이 이루어질 수 있음을 보여주었다.[8] RNA 세계는 1986년 월터 길버트에 의해 처음 언급되었다. 초기 생명체가 출현하기 위해서는 유기물로부터 자기 스스로 복제해 증식할 수 있는 분자가 먼저 나타나야 한다는 가정을 할 수 있다. 현재 알려진 바로는 세포는 DNA와 단백질로 구성되어 있다. 이 두 물질은 생식 과정에서 자가복제와 자가복제를 촉진하는 촉매 역할을 한다. DNA가 자가복제를 하면, 단백질이 그 과정을 촉진하는 촉매 역할을 하는 것이다. RNA의 한 종류로 자기 자신의 합성을 촉매하는 효소 역할을 하는 리보자임이 발견되면서 RNA가 과학자들 사이에 새롭게 대두되었다. 유전 정보의 전달과 복제가 가능하고 효소 역할이 가능해 여러 반응을 촉진시킬 수 있는 RNA는 이러한 가설을 뒷받침하는 근거가 된다. RNA가 세계를 주도했다는 의미에서 ‘RNA 세계’라는 명칭이 붙었다. 이 가설에 따르면 RNA는 안정성이 떨어지기 때문에, 나중에 이중 나선을 형성하는 좀 더 안정한 물질인 DNA가 주형 자리를 대신하게 되었다.2. 4. 생명의 기원에 관한 모델
화학진화는 최초의 생물이 어떻게 나타나게 되었는가에 대한 설명이며 생명의 기원과 밀접한 관계가 있다. 그러나 지금까지의 연구 결과만으로는 최초의 생물 발생 기원은 확실히 알려지지 않고 있다.[3] 오늘날의 과학적 합의는 단순한 화학반응들의 복합적 상호 작용에 의해 최초의 생물이 발생하였다는 것이지만, 어떻게 하여 그러한 발생이 일어나는지에 대해서는 확실히 알려진 바가 없다.[4] 현재까지는 최초 공통 조상 또는 최초의 유전자 풀의 구조와 형태에 대한 단편적인 고찰만이 이루어져 있다.[5] 현재 제시된 가설로는 RNA와 같은 분자 단위 물질의 자기복제나,[6] 단순 세포의 결집[7] 등이 있다.생명의 기원에 관한 모델은 1929년 영국의 J.B.S 홀데인이 발표한 원시수프 모델 이외에도 외계물질 유입, 심해 열수구 등 다양한 모델을 통해 설명되고 있으며, 최근에는 심해 열수구 모델이 가장 많이 지지받고 있다.[9]
3. 오해
생물의 진화와 이름이 비슷하다는 이유 때문에 화학진화와 진화를 하나의 개념으로 보는 오류가 존재하지만 진화학은 생명의 역사를 연구하는 학문으로 화학진화에서 다루는 생명의 기원과는 크게 관계가 없다. 화학진화는 생화학의 한 분야로 생명의 기원을 연구하는 학문이다.
참조
[1]
웹인용
지구생명탄생의 비밀-RNA염기 합성 초기조건 모의실험
http://m.blog.daum.n[...]
2016-12-30
[2]
논문
High-energy chemistry of formamide: A unified mechanism of nucleobase formation
2015-01
[3]
웹사이트
Claim CB090: Evolution without abiogenesis
http://www.talkorigi[...]
2005
[4]
간행물
Controversies on the origin of life
http://www.im.microb[...]
2005
[5]
논문
Approaches to semi-synthetic minimal cells: a review
2006
[6]
논문
The antiquity of RNA-based evolution
2002
[7]
논문
From self-assembly of life to present-day bacteria: a possible role for nanocells
2001
[8]
논문
Non–coding RNA genes and the modern RNA world
2015-01
[9]
웹인용
"`원시수프’ 생명기원 가설 뒤집혀"
http://www.scienceti[...]
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