화학 / 바이오 / 환경

민물에 살고 있는 청녹색 조류로 ‘살아있는 화석’으로 알려진 13가지 미생물로 이루어진 그룹 중에 하나인 회조류 (glaucophyte)의 유전적 특성을 연구함으로써 호주의 브리스번 (Brisbane)의 퀸즈랜드 대학 (University of Queensland)의 분자생물학자인 바이오과학자인 다나 프라이즈 (Dana Price)가 이끄는 국제 컨소시엄은 식물진화의 역사에 대해 설명하고 있다. 회조류인 시아노포라 파라독사는 아직도 대부분 다른 식물보다는 원래 시아노박테리아의 덜 길들여진 형태를 유지하고 있다.

시아노포라 파라독사의 유전체는 약 7000만 개의 염기쌍으로 이루어져 있으며 이에 대한 분석에 의하면 대부분의 현생 식물들은 광합성기제와 좀더 큰 숙주세포가 가능하도록 통합하는 유전자를 공유하고 있기 때문에 이러한 시아노포라 파라독사가 시아노박테리아를 잡는 현상은 한 차례 일어났을 것이다. 레지오넬라 (Legionella, 레지오넬라증과 같은 질병을 일으키는 생물종)와 같은 클라미디아와 유사한 세포는 길들여진 시아노박테리아 (플라스티드, plastids 또는 크롤로플라스트, chloroplasts로 알려져 있다)에서 먹이를 숙주세포로 전달할 수 있는 유전자를 가지고 있다.

미국 러트거스 대학 (Rutgers University)의 생물학자인 데바시시 바타차리야 (Debashish Bhattacharya)는 “이들 세 가지 존재물들은 초기 세포소기관을 만들어낸다. 그리고 이러한 과정은 다중수평적 유전자 전이와 다른 박테리아의 도움으로 일어난다”고 설명했다. 그의 연구는 학술지 ‘사이언스’지에 발표되었다. 그는 이어서 유전자를 충원하는 것은 대부분의 식물의 세포벽이 강화되거나 이 식물이 번성되는 새로운 방안이 만들어지기 까지 계속 유지될 가능성이 높다고 말했다. 사실 이러한 합류현상은 진화생물학자들이 다른 사례를 발견하기가 어려울 만큼 희귀하다: 광합성을 하는 아메바인 폴리넬라 (Paulinella)는 시아노박테리아를 약 6000만년전에 길들였다. 바타차리야는 “이 아메바 플라스티드는 아직 진화이론에 있어서는 진화가 진행 중이다. 우리는 폴리넬라를 통해서 일부 해답을 얻기 위해서 유전체에 대한 염기서열을 분석하고 있다”고 말했다.

이번 연구는 지난 1960년대에 기생을 통한 통합으로부터 현생 식물세포가 형성되었다는 이론을 비판하기 위해 처음으로 생물학자인 린 마굴리스 (Lynn Margulis)의 가설을 가장 강력하게 지지하는 것이라고 이번 연구에는 참여하지 않은 아칸소 주립대학 파에트빌 (University of Arkansas in Fayetteville)의 생물학자인 프레드릭 스피겔 (Frederick Spiegel)은 말했다. 이 이론에 의하면 모든 식물은 실제로는 일종의 잡종으로 기생하던 박테리아를 포함한 선조 생물의 유전적 결합을 통해서 이루어졌다. 이제 남은 문제는 왜 이러한 복잡한 결합이 16억년 전에 발생하게 되었는가에 대한 것이다. 한 가지 가설은 당시 지역적인 조건으로 인해 시아노박테리아의 포식자들에 대한 좀더 많은 혜택을 얻게 되고 박테리아를 먹어 치우기보다는 흡수하게 되는 것이다. 이것은 먹이가 부족해지고 태양빛이 풍부해졌기 때문이다. 바타차리야는 “먹이가 떨어지게 되었지만 태양빛은 풍부한 상황에서 광합성이 좀더 잘 작동했을 것이다”고 말했다. 그리고 이러한 결합을 통해서 식물이라고 할 수 있는 극단적으로 성공한 생물군이 발생하는 것이다.


출처: nature.com