지구생태계를 살릴 수 있는 길이란?

우리가 살고 있는 지구는 지난 46억간 많은 진화 발전과정을 겪으면서 많은 지구생태계가 편하게 생활할 수 있는 항상성을 유지하고 있었습니다. 그런데 지나친 화석연료를 사용하게 되면서 지구 온난화로 기상재앙이 발생하고 환경오염으로 지상의 생물체들은 3분의 2나 멸종되었습니다.

우주에는 빅뱅이라는 대폭발로 많은 별과 행성이 생겨나게 되면서 별 중에 하나인 태양에서 쪼개져 나온 지구는 자그마한 행성에 불과했다, 그래서 지구는 태양의 주변을 회전하면서 46억년간 진화 발전해 왔습니다.

최초 지구는 불덩어리인 수소와 헬륨으로 구성되어 있었으나 너무나 가벼운 수소와 헬륨은 지구가 회전하면서 태양풍과 지구열로 함께 사라지게 되었다. 그리고 지구의 주변에는 거대한 구름이 형성되면서 줄곧 비만 내리게 되었고 이런 많은 비 때문에 지구에는 해양과 육지로 구분하게 되었다.

지구에 최초에 생물이 출현한 것은 30억년전 박테리아 종류로서 이들은 산소를 만들게 되었다. 산소가 생겨나면서 식물들은 광합성 작용을 하게 되었고 많은 식물들이 번성하면서 탄소를 흡수하고 산소를 내뿜게 되었다. 그래서 지구에는 산소가 지속적으로 쌓이게 되었으며 6억 4천만년 전 최초의 동물로 알려진 바다 수세미라고 불리는 해면이 나타나면서 다양한 동물들로 진화 발전하게 되었다.

이런 동물들은 산소를 흡수하고 탄소를 내뿜게 되면서 식물들을 먹거리로 삼아 살아가는 상호보완적 공생관계를 유지하게 되면서 다양한 생물체들로 진화발전하게 되었습니다.

이렇게 되면서 대기권은 질소 78%, 산소 21% 그리고 다양한 무기질로 구성되었습니다. 그리고 지구의 온도는 평균 15도를 유지하는 지구생태계가 살아가기 좋은 항상성을 유지하고 있습니다.

그런데 17세기 석탄 증기기관차를 발명하면서 화석연료 사용이 급증하기 시작하여 0.03%에 불과했던 탄소비중이 확대되면서 지구의 기상시스템이 고장이 나서 극한 기상변화로 세계 인류는 생명을 위협받게 되었습니다.

생물의 탄생은 핵산과 아미노산이라는 단순한 유기물로 만드는 화학적 반응에 의해서 저절로 생겨난 것이라는 사실이 확인되었다. 즉 1953년, 밀러-유리는 실험을 통하여 물, 메탄, 암모니아, 수소를 번개의 역할을 하는 전기 스파크로 핵산과 아미노산을 만들어 내는데 성공하였다. 이는 원시 지구의 대기권에서 형성된 것들로 번개라는 전기 스파크를 통하여 생명체들이 만들어 질 수 있다는 실험이었다.

최근 컴퓨터 시뮬레이션에 의하면 지구가 형성되던 시기의 원시 대기권을 기반으로 생명체의 유기물을 만들어질 수 있다는 결론에 도달하여 오늘날 생명체는 화학적 진화론이 통설로 인정받게 되었다.

이같은 지구생태계의 생명들은 세가지 여건을 갖춰야 움직이고 활동할 수 있는 생명력을 갖게 된다. 즉 자신과 유사한 자손을 낳는 자가증식, 스스로 에너지를 생산하고 결함을 수정 보완할 수 있는 물질대사, 그리고 음식물이 들어오면 노폐물을 배출하는 경제막인 세포막 등을 갖추게 된 것이다,

또한 모든 생명체는 DNA라는 복제시스템을 갖고 있어 정교하고 복잡하게 진화할 수 있는 기반을 갖고있다. 아무리 단순한 생물체라도 DNA를 통해 자신의 유전 정보를 기록하고 RNA와 단백질을 이용해 이 정보를 ‘읽고 활용’하는 역할을 하고 있다.

리보자임이라 불리는 RNA 분자가 스스로의 증식과 단백질의 합성을 촉매할 수 있다는 사실은 초기 생명체가 RNA로 이루어졌다는 가설을 성립하게 만들었다. 즉 리보핵산(RNA)은 유전자의 코딩, 디코딩, 조절 및 발현에서 다양한 생물학적 역할에 필수적인 고분자 분자이다.

그리고 RNA와 디옥시리보핵산(DNA)은 핵산을 이루고 지질, 단백질 및 탄수화물과 함께 핵산은 알려진 모든 형태의 생명체에 필수적인 4가지 주요 요소를 구성하고 있다. 이로써 수많은 자가증식과 돌연변이, 유전자 이동이 이뤄졌던 RNA 세계가 만들어졌을 것으로 추정하게 되었다.

오스트레일리아 서부 테티스 호수 해안에 있는 스트로마톨라이트는 지구의 첫 생명의 흔적이 발견된 암석이다

최초의 세포는 주변 환경에서 에너지와 음식물을 섭취하였으며, 발효 과정으로 에너지를 만들어냈다. 발효는 혐기성, 산소가 없는 환경에서만 가능한 과정이었으며, 광합성 하는 세포가 만들어지면서 에너지원을 직접 생산해내는 세포가 생겨났다.

지구 위 모든 생물의 에너지는 광합성에 직간접적으로 의존한다. 가장 흔한 형태인 산소 광합성은 이산화탄소, 물, 햇빛으로 에너지원 (포도당)을 만드는 과정이다.

이는 홍색 황세균, 녹색 황세균 등은 전자 공여자를 물이 아닌 황화수소, 황, 철 등을 사용하는 무산소 광합성을 한다. 그러한 생물체는 최근에도 온천이나 열수공 등 극한의 환경에서 발견되고 있다.

대기 중 산소의 일부는 자외선과 반응하여 오존을 형성하였고, 오존층은 자외선을 흡수하여 지구상 생명체가 생존할 수 있게 해주었다. 오존층이 없이는 자외선의 폭격에 생명체들이 치명적인 돌연변이를 일으켜 살아남을 수 없게 된다.

한편 산소량이 점차 늘어나면서 산소의 독성으로 인해 대부분 생물이 죽었다는 산소 대재앙이 발생되었다. 독성에 저항이 있는 생물만 살아남았고, 일부는 산소로 자신의 신진 대사를 촉진시키는 쪽으로 진화하게 되었다.

이같은 생명체들은 30억년전 지구생명체는 처음에는 세균으로 분화되었으며 20억년전 부터는 고균역과 진핵생물역이 만들어졌을 것으로 추정한다. 그리고 진핵 생물들은 세균과 고균 등 원핵생물보다도 훨씬 복잡한 시스템을 갖게 되었다고 보고 있다. 이 시기에는 원시 미토콘드리아가 만들어졌으며 오늘날의 리케차와 연관 있는 세균 세포가 더 큰 원핵 생물 안으로 들어가 기생하면서 또는 큰 원핵 생물이 세균을 잡아먹었다. 그런데 이를 소화시키지 못하면서 만들어진 것으로 보며, 이 때부터 세포 호흡이 시작된 계기였다.

산소를 이용한 물질대사는 더 많은 에너지를 생산했고, 이 에너지는 숙주 세포에 공급되었으며, 이로써 작은 세균 세포와 큰 원핵 생물 세포 사이의 공생관계가 이루어졌다.

시간이 지나면서 둘 사이의 유전자 교환이 이루어졌고, 둘은 서로가 없이는 살 수 없게 되었다. 현재 둘을 포함해서 하나의 유기체로, 그리고 작은 세균 세포는 미토콘드리아라는 세포 소기관으로 분류된다.

이와 비슷한 과정으로, 광합성을 할 수 있는 세균 세포가 큰 세포로 들어가 엽록체가 되었다. 이것은 10억년 이상 된 사건으로 광합성할 수 있는 세포와 할 수 없는 세포로 분류되게 하였다. 이외에도 퍼옥시솜을 생성한 세포, 섬모, 편모를 생성한 스피로헤타, 세포핵을 만든 DNA 바이러스 등에 대한 가설이 있으나 미토콘드리아, 엽록체만큼 널리 인정받지는 못하고 있다.

고균, 세균, 진핵생물은 분리된 이후로 환경에 적응하면서 더욱 복잡하게 진화해갔다. 약 11억년 전쯤, 초대륙 로디니아가 형성되었다. 식물, 동물, 진균이 출현하였으나 아직은 단세포로 존재하였다.

이들 중 일부는 군락을 형성하였고, 점차 위치에 따라 다른 “업무 분담”이 이뤄졌다. 대략 10억년 전 최초의 다세포 식물이 출현하였으며, 9억년 전쯤에는 진정한 의미의 다세포 동물이 나타났다. 이는 처음에는 모든 세포가 전능성을 띈, 오늘날의 해면동물과 비슷한 형태였으며 점차 업무 분담이 이루어지면서 세포들이 서로 서로에게 의존하는 형태로 진화하였다.