11.14: 초기 지구 조건

약 40억 년 전, 화산 폭발로 질소, 이산화탄소, 메탄, 암모니아, 그리고 수소가 원시 대기로 방출되는 동안, 바다는 지구상에서 응축되기 시작했습니다. 하지만, 생명체의 특성을 가진 유기체는 처음에는 지구상에 존재하지 않았습니다. 과학자들은 어떻게 생물이 자라고, 번식하고, 내부 환경을 유지할 수 있는지 알아내기 위해 실험했습니다.

1920년대에, 과학자 오파린(Oparin)과 홀데인(Haldane)은 초기 지구에서 간단한 생물학적 화합물이 형성되었을 수 있다는 생각을 제안했습니다. 30여 년 후, 시카고 대학의 스탠리 밀러(Stanley Miller)와 해럴드 유리(Harold Urey)는 초기 지구의 대기와 바다 상태를 실험 기구에 형성한 모의실험을 통해 이 가설을 시험했습니다. 밀러-유리 실험은 전기를 에너지원으로 사용하여 아미노산과 다른 유기 분자를 생성했고, 초기 지구의 환경이 생물학적 분자의 형성에 도움이 된다는 것을 보여주었습니다. 더 최근의 실험 역시 유사한 결과를 보였고, 아미노산이 화산활동이나 해양의 열수공 근처에서 형성되었을 수도 있음을 시사합니다.

아미노산과 작은 유기 분자는 더 복잡한 고분자(macromolecule)를 형성하기 위해 스스로 조립될 수 있습니다. 예를 들어 아미노산이나 뉴클레오타이드(nucleotide)를 뜨거운 모래에 떨어뜨리면 각각 중합체(polymer), 단백질, 핵산(nucleic acid)을 형성할 수 있습니다. 지질(lipid)은 고분자의 한 부류로, 분리된 내부 환경을 제공하는 소포(vesicle)를 형성했을지도 모릅니다. 내부를 외부와 분리하는 이 능력은 생물의 중요한 특징 중 하나입니다. 생물의 또 다른 특징은 유전 물질의 소유입니다. RNA는 아마도 첫 번째 유전 정보였을 것입니다. 원세포(protocell)라고 불리는 특화된 소포들은 아마도 자신을 복제할 수 있는 RNA를 포함하고 있었을 것입니다. 이 간단한 원세포들이 성장하고 진화하여 세포로 구성된 지구 생물의 형성을 위한 발판을 마련했을 수 있습니다.

지구에 세포는 최초로 어떻게 생겨났을까요?실험적 관찰에 근거하여,과학자들은 몇 단계의 과정에서 초기 지구의 특정환경이세포의 형태를 주도하였다고 생각합니다.약 40억여년 전, 지구에서 일련의 화산 분출이일어났으며,이는 암모니아,메탄,수소와 여러 가스들을수증기로 가득찬 대기권을 만드는데 기인 하였습니다.지구가 식어감에따라, 수증기는 해수로 응결 되었습니다.1920년대에, 과학자들은 자외선복사나 번개가해양의 작은 유기 분자의 형태를 야기 했을 것이라고제안하였습니다.1952년에,스탠리 밀러와 해럴드 유레이는 실험실에서이러한 발상을 테스트 하였습니다.밀러-유레이는 지구초기의 대기권과 해양의모의실험을 하였습니다.전기의 존재하에, 그들은 단백질의 구성요소인아미노산의 형태를 관찰하였습니다.그리고는, 과학자들은 이러한 구성요소들이해양의 열수분출공에 가까운,화산활동에 가까운,또는 운석이 지구를 강타한결과로서형태를 갖추어 왔을수도 있음을 제안하였습니다.어떻게 우리가 오늘날 아는 이 복잡한 분자들이 됐을까요?최근의 연구들은 뉴클레오타이드는 우연히 연결되어 핵산의형태가 될수 있는것을 보여주고 있습니다.이는 최초의 생체분자들은 작은 구성요소들로부터자가조립하였다는 것을 나타냅니다.지방질이라 불리우는 다른 등급의 고분자들은자가조직과 소포화 할수 있으며,이는 외부 환경으로부터소포 내부를 분리합니다.소포 내에서의 일정한 환경에서생명의 진화의 결정적 단계인,원세포의 형태로 촉진되어 왔을지도 모릅니다.이러한 원세포들은 유전물질로서 RNA를 함유 할수도 있습니다.이 RNA는 자가복제를 하며다음세대들로 지나갔습니다.초기 지구의 극단적인 환경에서진화함 과 같은 DNA를 함유하는 세포들로 부터이러한 RNA를 함유하는 원세포들의 형태가 가능했습니다.