생명과학 ② 9-1. 생물의 진화, 생명의 기원, 유기물의 생성

▎생명과학 ② 9-1. 생물의 진화, 생명의 기원, 유기물의 생성

1) 생명의 기원에 관한 논쟁

  생물은 모두 조상 생물로부터 생겨난다. 그렇다면 최초의 생물은 어떻게 생겨난 것일까? 오래 전부터 과학자들은 생명의 기원에 대한 여러 가지 주장을 하였는데, 이러한 학설은 크게 자연 발생설과 생물 속생설로 구분할 수 있다.

① 자연 발생설 : 생물은 자연계에 존재하는 무생물로부터 우연히 발생한다는 학설로,

   아리스토텔레스, 헬몬트, 니담 등에 의해 주장되었으며, 약 17세기까지 널리 받아들여졌다.

  ⓐ 헬몬트의 실험 : 땀에 젖은 옷과 밀을 상자에 담아 두었더니 며칠 후 쥐가 생겼다.

  ⓑ 니담의 실험 : 수 분 동안 끓인 양고기를 유리병에 넣고 밀봉하였는데도 미생물이 발생하였다.

② 생물 속생설 : 생물은 이미 존재하는 생물로부터만 발생한다는 학설로, 레디나 스팔란차니, 파스퇴르 등에 의해 주장되었다.

  ⓐ 레디의 실험 : 병 속에 생선을 넣고 한쪽 병에만 마개를 하였더니 마개를 하지 않은 병에서만 구더기가 생겼다.

  

  ⓑ 스팔란차니의 실험 : 양고기를 충분히 끓인 후 밀폐하였더니 미생물이 생기지 않았다.

  ⓒ 파스퇴르의 실험 : 스팔란차니의 실험에 대한 니담의 반론을 고려하여 파스퇴르는 공기는 통하지만 미생물이 들어갈 수 없도록 플라스크의 끝을 S자형으로 구부린 후 가열하여 방치하였다.  실험 결과 플라스크 내의 유기물 즙에서 미생불이 생기지 않아 자연 발생설을 부정하고 생물 속생설을 확립할 수 있었다.

 

 

2) 원시지구

최초의 생명체에 대해 알아보기 위해서는 원시 지구의 환경에 대해 알아보는 것이 중요하다.  원시 지구는 약 46억 년 전에 우주 공간의 먼지나 운석 등이 덩어리로 뭉쳐서 생성되었다고 추정된다.

① 대륙과 해양의 형성 : 형성 초기의 지구는 매우 뜨거운 용융 상태였다.  이후 지구가 냉각되면서 지표면이 굳어져 지각이 형성되었고, 수증기가 비가 되어 내리면서 낮은 곳에 물이 고여 원시 해양이 형성되었다.

② 원시 지구의 대기 : 메탄, 암모니아, 수소, 수증기, 이산화탄소, 질소등의 환원성 기체가 주성분으로, 오늘날 대기의 성분과는 상당히 달랐다.

③ 에너지원 : 불안정한 원시 대기의 상태로 인해 번개와 화산 활동, 자외선, 방사선 등에 의한 에너지원이 풍부하였다.

 

3) 유기물의 생성

① 오파린의 가설 : 오파린은 원시 지구의 충분한 에너지로 인해 화학 반응이 일어나 원시 대기를 구성하는 무기물로부터 유기물이 합성될 수 있었다고 주장하였다.

② 밀러의 실험 : 밀러는 원시 지구 상태에서 무기물로부터 생명체를 구성하는 유기물이 합성될 수 있음을 보여줌으로써 오파린의 가설을 입증하였다.

③ 폭스의 실험 : 폭스는 뜨겁고 건조한 조건에서 200여개의 아미노산으로 이루어진 폴리펩티드가 합성되는 것을 보고 원시 지구의 환경에서 쉽게 고분자 물질이 합성될 수 있었음을 입증하였다.

④ 화학 진화 : 이와 같은 과정을 거쳐 간단한 유기물이 오랫동안 합성되어 축적되면서 보다 복잡한 유기물인 단백질이나 핵산과 같은 물질들이 합성되었을 것이다.

[밀러의 실험]

다음 그림은 생명의 기원을 알아보기 위한 밀러의 실험을 나타낸 것이다.

① 원시 지구 환경과 비슷한 조건을 유지한 실험에서 몇 종류의 간단한 아미노산, 포름알데히드, 시안화수소 , 요소 등이 합성되었다.

② 플라스크 안의 기체는 원시 대기를, U자관에 고인 물은 원시 바다를 재현한 것이다.

③ 물을 끓이는 것은 원시 지구의 화산 폭발에 의한 열에너지 등을, 전기 방전은 번개 등을 재현한 것이다.

결론 : 원시 지구 환경에서 무기물로부터 간단한 유기물이 합성될 수 있었을 것이다.